ES2981357T3

ES2981357T3 - Recubrimientos barrera de base biológica

Info

Publication number: ES2981357T3
Application number: ES19860906T
Authority: ES
Inventors: Jonathan Spender; Michael Albert Bilodeau; Samuel Mikail
Original assignee: Greentech Global Pte Ltd
Current assignee: Greentech Global Pte Ltd
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2024-10-08
Anticipated expiration: 2039-09-12
Also published as: CN112912565A; EP3850153A1; AU2019338447B2; SG11202102496QA; WO2020056124A1; MX2021002943A; EP4403698A2; JP2022500550A; CL2021000605A1; CO2021004475A2; EP3850153C0; EP4403698A3; ZA202102365B; EP3850153B1; PL3850153T3; IL281418A; JP2024153633A; KR20210124955A; EP3850153A4; AU2019338447A1

Abstract

La presente invención describe métodos ajustables para tratar materiales celulósicos con un revestimiento de barrera que comprende una prolamina y al menos un éster de ácido graso de poliol que proporciona una mayor resistencia a los aceites y/o grasas a dichos materiales sin sacrificar su biodegradabilidad. Los métodos descritos permiten adherir el revestimiento de barrera a artículos que incluyen artículos que comprenden materiales celulósicos y artículos fabricados mediante dichos métodos. Los materiales así tratados muestran una lipofobicidad superior y pueden utilizarse en cualquier aplicación en la que se deseen dichas características. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Recubrimientos barrera de base biológica

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un recubrimiento barrera que comprende una prolamina y al menos un éster de ácido graso y poliol (PFAE), a un artículo que comprende el recubrimiento barrera y a un método para derivatizar de manera ajustable un material basado en celulosa para proporcionar resistencia a la lipofobia que comprende poner en contacto el material basado en celulosa con el recubrimiento barrera, mediante la cual pueden usarse los ésteres de ácidos grasos y polioles en lugar de disolventes o plastificantes tipo prolaminas conocidos.

Antecedentes

La industria ha utilizado compuestos basados en la química de los fluorocarbonos durante muchos años para producir artículos que tienen una resistencia mejorada a la penetración por aceites y/o grasas, debido a la capacidad de los fluorocarbonos para disminuir la energía superficial de los artículos. Un problema emergente con el uso de hidrocarburos perfluorados es su persistencia en el medio ambiente. La EPA y la FDA han comenzado recientemente una revisión de las fuentes, el destino ambiental y la toxicidad de esos compuestos. Un estudio reciente informó de una tasa muy alta (> 90%) de aparición de perfluorooctano-sulfonato en muestras de sangre tomadas de niños en edad escolar. El gasto y la responsabilidad potencial medioambiental de estos compuestos ha impulsado a los fabricantes a buscar medios alternativos para producir artículos que tengan resistencia a la penetración por aceites y/o grasas.

Aunque la disminución de la energía superficial mejora la resistencia a la penetración de los artículos, la disminución de la energía superficial también tiene algunas desventajas. Por ejemplo, un tejido textil tratado con un fluorocarbono mostrará buena resistencia a las manchas, sin embargo, una vez ensuciado, puede verse afectada la capacidad de las composiciones de limpieza para penetrar y por tanto liberar la suciedad del tejido, lo que puede dar como resultado tejidos permanentemente ensuciados de vida útil reducida. Otro ejemplo es un papel a prueba de grasas que se va a imprimir y/o revestir con un adhesivo posteriormente. En ese caso, la resistencia a las grasas requerida se consigue mediante el tratamiento con el fluorocarbono, pero la baja energía superficial del papel puede causar problemas relacionados con la tinta de impresión o la receptividad adhesiva, incluyendo adherencia, moteado por arrancado, mala adhesión y registro. Si se va a usar un papel a prueba de grasas como papel desprendible que tiene aplicado un adhesivo, la baja energía superficial puede reducir la resistencia de la adhesión. Para mejorar la capacidad de impresión, la capacidad de recubrimiento o la adhesión, los artículos de baja energía superficial pueden tratarse mediante un proceso de conformación posterior, tal como, descarga de corona, tratamiento químico, tratamiento a la llama o similares. Sin embargo, estos procedimientos aumentan el coste de producción de los artículos y pueden tener otras desventajas.

Las prolaminas son compuestos proteicos presentes como proteínas de almacenamiento en granos de cereales. Por ejemplo, la zeína es una prolamina encontrada en la harina de gluten de maíz, un subproducto de la molienda del maíz. La zeína tiene un contenido de prolina más alto y es soluble en alcoholes alifáticos acuosos. Las propiedades de la zeína pueden modificarse usando ciertos plastificantes. Puesto que el uso principal de la harina de gluten de maíz es el alimento para animales, que normalmente se vende por un precio bajo, ha habido interés en el desarrollo de productos con valor añadido a partir de zeína. Sin embargo, muchos de los disolventes y plastificantes no son adecuados para su uso en la industria alimentaria.

El interés renovado de la zeína como material polimérico ha sido estimulado, en parte, por el impacto negativo del plástico sobre la eliminación de residuos sólidos. La zeína ofrece varias ventajas potenciales como materia prima para aplicaciones de películas, recubrimientos y plásticos. La zeína es biodegradable y se renueva anualmente. Los excedentes anuales de maíz proporcionan un recurso sustancial como materia prima. Sin embargo, también existen problemas con el uso de zeína como material plástico. La zeína es un material biológico y, al igual que la mayoría de los materiales biológicos, es afectada por el agua. Para explotar mejor esas proteínas, sería deseable formular composiciones que contuvieran zeína de manera que las propiedades buscadas de las prolaminas fueran menos susceptibles al agua.

El documento US 2018/066073 A1 está relacionado con una composición que comprende un material basado en celulosa unido a un éster de sacárido de un ácido graso (SFAE) y con un método para derivatizar de manera ajustable un material basado en celulosa para proporcionar resistencia hidrófoba y/o lipófoba, en donde el método comprende poner en contacto el material basado en celulosa con un éster de ácido graso y sacárido.

Compendio de la invención

El problema subyacente a la presente invención se resuelve mediante la materia objeto de las reivindicaciones independientes adjuntas; pueden tomarse realizaciones preferidas de las reivindicaciones dependientes adjuntas.

Más específicamente, el problema subyacente a la presente invención se resuelve en un primer aspecto mediante un recubrimiento barrera que comprende una prolamina y al menos un éster de ácido graso y poliol (PFAE), en donde dicho poliol comprende una estructura cíclica y de 1 a 2 restos de ácido graso o de 3 a 5 restos de ácido graso, y un ácido graso está saturado, y en donde la relación de PFAE a prolamina es 1:1,2:1,3:1,4:1 ó 5:1 en una base de peso a peso (p/p).

En una realización del primer aspecto, la prolamina se selecciona del grupo que consiste en zeína, hordeína, gliadina, kafirina y combinaciones de las mismas.

En una realización del primer aspecto, dicho poliol comprende (a) un carbohidrato, (b) un monosacárido, un disacárido o un trisacárido, o (c) una sacarosa o una lactosa.

En una realización del primer aspecto, un ácido graso está insaturado.

En una realización del primer aspecto, el recubrimiento barrera comprende además uno o más materiales seleccionados del grupo que consiste en poli(alcohol vinílico) (PvOH), poli(ácido láctico) (PLA), arcilla, talco, carbonato de calcio precipitado, carbonato de calcio molido, látex naturales y sintéticos, glioxilo y combinaciones de los mismos, preferiblemente que además comprende una partícula inorgánica seleccionada del grupo que consiste en arcilla, talco, carbonato de calcio precipitado, carbonato de calcio molido, TiO2 y combinaciones de los mismos.

En una realización del primer aspecto, dicho ácido graso se obtiene de una fuente natural.

En una realización del primer aspecto, dicho ácido graso se obtiene a partir de una semilla oleaginosa, preferiblemente la semilla oleaginosa se selecciona del grupo que consiste en soja, cacahuete, colza, cebada, canola, semillas de sésamo, semillas de algodón, granos de palma, semillas de uva, aceitunas, cártamo, girasol, copra, maíz, coco, linaza, avellana, trigo, arroz, patata, mandioca, legumbres, semillas de camelina, semillas de mostaza y combinaciones de las mismos.

En una realización del primer aspecto, dicho poliol comprende sacarosa y el ácido graso se obtiene de una semilla oleaginosa.

En una realización del primer aspecto, el recubrimiento es biodegradable y/o compostable.

Más específicamente, el problema subyacente a la presente invención se resuelve en un segundo aspecto mediante un artículo que comprende el recubrimiento según el primer aspecto, incluyendo cualquier realización del mismo, en donde el recubrimiento está presente en una concentración suficiente para provocar que una superficie de dicho artículo se vuelva sustancialmente resistente a la aplicación del aceite y/o grasa, preferiblemente en ausencia de agentes lipófobos secundarios.

En una realización del segundo aspecto, el artículo se selecciona del grupo que consiste en papel, cartón, pasta papelera, una caja de cartón para almacenamiento de alimentos, una bolsa para almacenamiento de alimentos, una bolsa para envíos, un recipiente para café o té, una bolsa de té, cartón para beicon, un pañal, una tela o película de bloqueo/barrera de malas hierbas, una película de acolchado, una maceta para plantas, una perla de envasado, una envoltura de burbujas, un material absorbente de aceites, un laminado, un sobre, una tarjeta de regalo, una tarjeta de crédito, un guante, un impermeable, un papel OGR, una bolsa de compra, una bolsa de compost, un papel desprendible, un utensilio alimentario, un recipiente para contener bebidas calientes o frías, una taza, una toalla de papel, una plancha, una botella para almacenamiento de líquidos carbonatados, un material aislante, una botella para almacenamiento de líquidos no carbonatados, una película para envolver alimentos, un recipiente de eliminación de basuras, un utensilio para la manipulación de alimentos, una tapa para tazas, una fibra de tela, un utensilio de almacenamiento y transporte de agua, un utensilio de almacenamiento y transporte de bebidas alcohólicas o no alcohólicas, una carcasa o pantalla externa para artículos electrónicos, un mueble de interior o exterior, una cortina, tapicería, una película, una caja, una lámina, una bandeja, una tubería, un conducto de agua, un envase para productos farmacéuticos, ropa, un dispositivo médico, un anticonceptivo, equipamiento de acampada, un material celulósico que se moldea y combinaciones de los mismos.

Más específicamente, el problema subyacente a la presente invención se resuelve en un tercer aspecto mediante un método para derivatizar de manera ajustable basado en celulosa para proporcionar resistencia lipófoba que comprende poner en contacto el material basado en celulosa con un recubrimiento barrera que comprende una prolamina y al menos un éster de ácido graso y poliol (PFAE), en donde dicho poliol comprende una estructura cíclica y de 1 a 2 restos de ácido graso o de 3 a 5 restos de ácido graso, y un ácido graso está saturado, y en donde la razón de PFAE con respecto a prolamina es de 1:1, 2:1, 3:1, 4:1 ó 5:1 en una base de peso a peso (p/p), y exponer el material basado en celulosa contactado al calor, la radiación, un catalizador o combinación de los mismos durante un tiempo suficiente para adherir el recubrimiento barrera al material basado en celulosa.

En una realización del tercer aspecto, el método comprende además eliminar el exceso de recubrimiento barrera.

En una realización del tercer aspecto, el recubrimiento barrera se aplica sobre una prensa de apresto.

La presente invención, tal como se define en las reivindicaciones, se refiere a métodos para tratar materiales celulósicos, que incluyen el tratamiento de materiales que contienen celulosa con una composición que proporciona mayor lipofobia mientras que mantiene la biodegradabilidad/reciclabilidad de los componentes celulósicos.

En realizaciones de la presente invención como se define en las reivindicaciones se divulga un recubrimiento barrera que comprende una prolamina y al menos un PFAE, tal como un SFAE, donde el recubrimiento está presente en una concentración suficiente para provocar que una superficie de un artículo que expone el recubrimiento se vuelva sustancialmente resistente a la aplicación de aceites y/o grasas. En un aspecto relacionado, la prolamina incluye zeína, hordeína, gliadina, kafirina y combinaciones de las mismas.

En una realización de la presente invención como se define en las reivindicaciones, el recubrimiento comprende una o más composiciones que incluyen poli(alcohol vinílico) (PvOH), poli(ácido láctico) (PLA), arcilla, carbonato de calcio precipitado, carbonato de calcio molido, látex naturales y/o sintéticos, TiO2, talco, glioxilo y combinaciones de los mismos.

En una realización de la presente invención como se define en las reivindicaciones, el PFAE es un monoéster, diéster, triéster, tetraéster, pentaéster o una mezcla de los mismos.

En una realización de la presente invención como se define en las reivindicaciones, el recubrimiento barrera es biodegradable y/o compostable. En una realización relacionada de la presente invención como se define en las reivindicaciones, el artículo es papel, cartón, pasta papelera, una caja de cartón para almacenamiento de alimentos, una bolsa para almacenamiento de alimentos, una bolsa para envíos, un recipiente para café o té, una bolsa de té, cartón para beicon, un pañal, una tela o película de bloqueo/barrera de malas hierbas, una película de acolchado, una maceta para plantas, una perla de envasado, una envoltura de burbujas, un material absorbente de aceites, un laminado, un sobre, una tarjeta de regalo, una tarjeta de crédito, un guante, un impermeable, un papel resistente a los aceites y grasas (OGR), una bolsa de compra, una bolsa de compost, un papel desprendible, un utensilio alimentario, un recipiente para contener bebidas calientes o frías, una taza, una toalla de papel, una plancha, una botella para almacenamiento de líquidos carbonatados, un material aislante, una botella para almacenamiento de líquidos no carbonatados, una película para envolver alimentos, un recipiente de eliminación de basuras, un utensilio para la manipulación de alimentos, una tapa para tazas, una fibra de tela, un utensilio de almacenamiento y transporte de agua, un utensilio de almacenamiento y transporte de bebidas alcohólicas o no alcohólicas, una carcasa o pantalla externa para artículos electrónicos, un mueble de interior o exterior, una cortina, tapicería, una película, una caja, una lámina, una bandeja, una tubería, un conducto de agua, un envase para productos farmacéuticos, ropa, un dispositivo médico, un anticonceptivo, equipamiento de acampada, un material celulósico que se moldea y combinaciones de los mismos.

En una realización de la presente invención como se define en las reivindicaciones, el recubrimiento está presente en una concentración suficiente sobre un artículo para provocar que una superficie del artículo se vuelva sustancialmente resistente a la aplicación de aceites y/o grasas en ausencia de agentes lipófobos secundarios. En una realización adicional de la presente invención como se define en las reivindicaciones, el recubrimiento barrera incluye además arcilla, talco, carbonato de calcio precipitado, carbonato de calcio molido, TiO2 y combinaciones de los mismos.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 muestra una micrografía electrónica de barrido (SEM) de papel de filtro Whatman de porosidad media, no tratado (58 aumentos).

La Figura 2 muestra un SEM de papel de filtro Whatman de porosidad media sin tratar (1070 aumentos).

La Figura 3 muestra una comparación lado a lado de una SEM de papel hecho de pasta reciclada antes (izquierda) y después (derecha) del recubrimiento con celulosa microfibrilada (MFC) (27 aumentos).

La Figura 4 muestra una comparación lado a lado de una SEM de papel fabricado de pasta reciclada antes (izquierda) y después (derecha) del recubrimiento con MFC (98 aumentos).

La Figura 5 muestra la penetración del agua en papel tratado con diversas formulaciones de recubrimiento: poli(alcohol vinílico) (PvOH), diamantes; SEFOSE® PvOH a 1:1 (v/v), cuadrados; Ethylex (almidón), triángulos; SEFOSE® PvOH en una relación 3:1 (v/v), cruces.

Descripción detallada de la invención

Como se usa en la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un", "una" y "el", "la" incluyen referencias plurales a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Por tanto, por ejemplo, las referencias a "un éster de ácidos grasos y sacáridos", incluyen uno o más ésteres de ácidos grasos y sacáridos y/o composiciones del tipo descrito en el presente documento que resultarán evidentes para los expertos en la técnica al leer la presente divulgación y así sucesivamente.

A menos que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos usados en el presente documento tienen el mismo significado que entiende comúnmente un experto en la técnica a la que pertenece la invención. Cualquier método y material similar o equivalente a los descritos en el presente documento puede usarse en la práctica o ensayo de la invención, ya que se entenderá que las modificaciones y variaciones están incluidas dentro del espíritu y alcance de la presente divulgación.

Como se usan en el presente documento, "aproximadamente", "sustancialmente" y "significativamente", se entenderán por un experto en la materia y variarán en cierta medida dependiendo del contexto en donde se usan los términos. Si hay usos de los términos que no están claros para los expertos en la técnica dado el contexto en donde se usan los términos, "aproximadamente" significará más o menos <10% del término particular y "sustancialmente" y "significativamente" significarán más o menos >10% del término particular. "Que comprende(n)", y "que consiste(n) esencialmente en", tienen el significado habitual en la técnica.

La presente invención, tal como se define en las reivindicaciones, proporciona composiciones y métodos para la producción de productos valiosos añadidos a partir de prolaminas, tales como zeína, que incluyen la producción de recubrimientos y/o composiciones barrera acuosas estables. Cuando se aplican a una superficie o a un sustrato, las composiciones producen un artículo que tiene resistencia a los aceites y/o grasas. La composición logra esas propiedades barrera mientras produce artículos que tienen alta energía superficial. Como resultado, las composiciones evitan las desventajas asociadas con el uso de composiciones barrera que reducen la energía superficial de los artículos.

Según la invención, como se define en las reivindicaciones, el recubrimiento de barrera incluye una o más prolaminas. Las prolaminas son compuestos proteicos presentes como proteínas de almacenamiento de granos de cereales, tales como maíz, trigo, cebada, arroz y sorgo. Las prolaminas representativas incluyen, por ejemplo, zeína, hordeína, gliadina y kafirina. En una realización, la prolamina puede ser zeína. La zeína está disponible comercialmente en diversos fabricantes, que incluyen Global Protein Products, Fairfield, ME.

En una realización de la invención como se define en las reivindicaciones, el recubrimiento barrera comprende una zeína y un éster de ácido graso y poliol.

Según la invención, como se define en las reivindicaciones, se puede usar un éster de ácido graso y poliol para reemplazar plastificantes de zeína conocidos, que incluyen plastificantes primarios y secundarios conocidos (véase, por ejemplo, la Tabla IV en Lawton JW, Cereal Chem (2002) 79(1): 1-18), tales como glicoles, sulfonamidas, amidas, glicoles, sorbitol, etilenglicol, etc.

En realizaciones, la presente invención como se define en las reivindicaciones muestra que tratando la superficie de un sustrato con composiciones barrera que comprenden combinaciones de zeína-éster de ácido graso y poliol, la superficie resultante se hace resistente a los aceites y/o grasas. El éster de ácido graso y poliol y la zeína, por ejemplo, una vez eliminados por enzimas bacterianas, se digieren y, por tanto, la biodegradabilidad del sustrato no se ve afectada por el recubrimiento barrera. Las composiciones barrera de la invención como se definen en las reivindicaciones son por lo tanto una solución ideal para derivatizar la superficie de sustratos de celulosa para producir artículos que tengan una alta energía superficial. Además, los ésteres de ácidos grasos y polioles reducen el efecto de la humedad (agua) sobre las propiedades específicas de la zeína (por ejemplo, formación de películas, resistencia a la tracción y similares).

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, los ésteres de ácidos grasos y polioles que contienen restos de ácidos grasos saturados con un grado de sustitución (DS) de bajo intervalo de 1-2; o un DS de intervalo medio de 3-5 pueden usarse directamente con prolaminas. En una realización de la invención como se define en las reivindicaciones, cuando los ésteres de ácidos grasos y sacarosa que tienen un DS de 1-5 se calientan hasta su punto de fusión, la zeína puede mezclarse directamente. En una realización relacionada, dicha mezcla puede entonces convertirse en una dispersión acuosa de zeína mediante la adición de energía cinética (mezclado) y agua. En un aspecto relacionado adicional, tales dispersiones son estables, al menos durante días.

El DS se refiere al número de restos de ácido graso unidos al poliol. En realizaciones, la métrica de DS representa un promedio sobre una población de moléculas. Los ácidos grasos pueden obtenerse a partir de una fuente natural, por ejemplo, una fuente animal, y por tanto, representan una población de diferentes ácidos grasos en lugar de una fuente pura de solo una única especie de ácido graso. Además, debido a la heterogeneidad del material de partida del ácido graso, la formación de un material compuesto, tal como un PFAE, puede producir una población mixta de productos, dependiendo también del poliol usado. Por lo tanto, los productos a menudo contienen una gama de DS en lugar de una población con un solo DS.

Por el contrario, los ésteres de ácidos grasos y polioles que contienen restos de ácidos grasos insaturados con DS > 5 y los ésteres de ácidos grasos y polioles que contienen restos de ácidos grasos saturados con DS > 5 (es decir, valores de HLB bajos) no demuestran compatibilidad con las prolaminas en las mismas condiciones. Sin vincularse a la teoría, se cree que esos ésteres (es decir, altamente sustituidos, valores de HLB bajos) son demasiado hidrófobos para emulsionar las proteínas anfifílicas/hidrófobas. En un aspecto, esa compatibilidad que se divulga en la presente memoria es potencialmente más útil comercialmente ya que algunos de esos ésteres de ácidos grasos y polioles pueden proporcionar resistencia a las grasas cuando se usan solos. Según la presente invención definida en las reivindicaciones, el uso de ésteres de polioles sustituidos de intervalo medio solos en la superficie de papeles también proporciona un ángulo de contacto alto y un valor de kit bajo. En una realización relacionada, los ángulos de contacto pueden variar de 50-100° dependiendo de qué éster y qué aceite aplicados se usen. En las condiciones divulgadas en la presente memoria, se observa que el aceite forma perlas en lugar de extenderse a través de la superficie tratada usando esos ésteres. Además, aunque el o los ésteres permiten fácilmente que penetre aceite dependiendo de la presión aplicada a la gotita, cuando se combinan la zeína y el éster, en la medida en que la zeína forme una película, se observa un aumento correspondiente en el valor del kit.

Debido al alto peso molecular de las prolaminas, se necesita una cantidad significativa de "disolvente" para disolver completamente las proteínas. Los disolventes de prolaminas conocidos incluyen anilina, ácido acético, etilenglicol, etilendiamina, glicerol, ácido láctico, metanol, piridina, etc. Otros disolventes incluyen mezclas con agua, por ejemplo, acetona o etanol; con un alcohol alifático inferior, por ejemplo, acetona, benceno y furfural; y así sucesivamente. En una realización de la invención como se define en las reivindicaciones, la masa del disolvente tiene que ser igual o mayor que la masa de la prolamina. En una realización relacionada, es necesario un exceso de éster de poliol para estabilizar la proteína, y a medida que se añade agua, se produce una dispersión acuosa estable. Sin vincularse a la teoría, puesto que la zeína repele la grasa a través de la formación de una película insoluble de alta energía superficial, es esencial que las proteínas disueltas o dispersadas estén tan uniformemente distribuidas que tenga lugar una formación de película apropiada sobre el sustrato cuando se separa el agua.

Las ventajas de los productos y métodos de la invención como se definen en las reivindicaciones incluyen que la composición de recubrimiento se fabrica a partir de recursos agrícolas renovables-zeína, un poliol y aceites vegetales; es biodegradable; tiene un perfil de baja toxicidad; es adecuada para el contacto con alimentos; puede ajustarse para reducir el coeficiente de fricción de la superficie del papel/cartón (es decir, no hace que el papel sea demasiado resbaladizo para el procesamiento aguas abajo o uso final), incluso a altos niveles de resistencia al agua y para tener en cuenta el aceite y/o grasa aplicados; puede o no usarse con equipos de emulsificación o agentes de emulsificación especiales; y es compatible con programas de reciclaje de papel tradicionales, es decir, no presenta impacto adverso en las operaciones de reciclaje como lo hacen, por ejemplo, papeles recubiertos con polietileno, PLA o cera.

Las ventajas adicionales incluyen, pero no se limitan a:

a) Algunos ésteres de polioles demuestran un kit significativo y muestran formación de perlas en aceite en las superficies tratadas (es decir, alta energía superficial) en ausencia de agentes lipófobos secundarios;

b) Los ésteres de polioles proporcionan algún kit incluso con cantidades limitadas de carbonato añadido, lo que permite ahorros en las formulaciones, que incluyen que el recubrimiento barrera como se divulga en el presente documento supera los problemas asociados con el carbonato de calcio y la resistencia a la grasas (es decir, la presencia de carbonato de calcio en cualquier forma destruye normalmente cualquier resistencia a las grasas en el papel);

c) Se pueden usar ésteres de polioles en lugar de disolventes de zeína conocidos (véase, por ejemplo, la Tabla I, Lawton (2002), supra);

d) Se puede fabricar una formulación en la cual todos los materiales (PFAE, zeína, partículas/pigmentos inorgánicos, tales como carbonato cálcico, arcilla y similares) de un recubrimiento barrera (excepto agua) pueden proporcionar funcionalidad separada;

e) El PFAE en el recubrimiento barrera hace que la zeína sea menos susceptible a los efectos del agua; y

f) Ciertos PFAE o combinaciones de PFAE (es decir, aquellos con DS de intervalo bajo a medio; 1 a 2 restos de ácido graso y 3-5 restos de ácido graso, respectivamente) favorecen la mezcla de las prolaminas.

Como se usa en el presente documento, "adherir" significa pegarse rápidamente a, por ejemplo, una superficie, un sustrato o una sustancia.

Como se usa en el presente documento, "recubrimiento barrera" o "composición barrera" significan un material aplicado a una superficie (o superficies) de un sustrato que bloquea o dificulta el contacto de elementos no deseados con una o más de las superficies aplicadas, deteniendo o evitando así el contacto de dichos elementos no deseados, tales como aceites o grasas, con la o las superficies aplicadas de dicho sustrato.

Como se usa en el presente documento, "de base biológica", significa un material fabricado intencionadamente a partir de sustancias derivadas de organismos vivos (o que estuvieron vivos). En un aspecto relacionado, el material que contiene al menos aproximadamente 50% de tales sustancias se considera de origen biológico.

Como se usa en el presente documento, "unir", que incluye variaciones gramaticales del mismo, significa adherirse o provocar que se adhieran esencialmente como una única masa.

Como se usa en el presente documento, "material celulósico", significa materiales naturales, sintéticos o semisintéticos que pueden moldearse o extruirse en objetos (por ejemplo, bolsas, láminas) o películas o filamentos, que pueden usarse para fabricar tales objetos o películas o filamentos, que es estructural y funcionalmente similar a la celulosa, por ejemplo, recubrimientos y adhesivos (por ejemplo, carboximetilcelulosa). En otro ejemplo, la celulosa, un carbohidrato complejo (C6H10Os)n que está compuesto por unidades de glucosa, que forma el constituyente principal de la pared celular en la mayoría de las plantas, es un material celulósico.

Como se usa en el presente documento, "peso de recubrimiento", es el peso de un material (húmedo o seco) aplicado a un sustrato. Puede expresarse en libras por resma especificada o en gramos por metro cuadrado.

Como se usa en el presente documento, "compostable" significa que los productos solidos son biodegradables en el suelo.

Como se usa en el presente documento, "absorción en el borde" significa la absorción de agua en una estructura de papel en el límite exterior de dicha estructura mediante uno o más mecanismos que incluyen, pero no se limitan a, penetración capilar en los poros entre fibras, difusión a través de fibras y enlaces, y difusión superficial en las fibras. En un aspecto relacionado, el recubrimiento que contiene un éster de ácido graso y poliol como se describe en el presente documento evita la absorción en los bordes en los productos tratados. En un aspecto, existe un problema similar con grasas/aceites que entran en los pliegues que pueden estar presentes en el papel o en los productos de papel. Tal "efecto de grasas en los pliegues " puede definirse como la absorción de grasa en una estructura de papel que se crea plegando, presionando o triturando dicha estructura de papel.

Como se usa en el presente documento, "efecto", que incluye las variaciones gramaticales del mismo, significa impartir una propiedad particular a un material específico.

Como se usa en el presente documento, "hidrófobo" significa una sustancia que no atrae agua. Por ejemplo, las ceras, colofonias, resinas, ésteres de ácidos grasos y polioles, dicetenos, goma laca, acetatos de vinilo, PLA, polietilenimina (PEI), aceites, grasas, lípidos, otros productos químicos repelentes del agua o combinaciones de los mismos son hidrófobos.

Como se usa en el presente documento, "hidrofobia" significa la propiedad de ser repelente al agua, tender a repeler y no absorber agua.

Como se usa en la presente memoria, "alta energía superficial" significa un artículo que tiene una energía superficial de al menos aproximadamente 32 dinas/cm, y comúnmente al menos aproximadamente 36 dinas/cm. Menos de lo que sería considerado "baja energía superficial". La energía superficial puede medirse mediante cualquier método adecuado, por ejemplo, mediante la medición del ángulo de contacto y la relación entre las energías superficiales usando la ecuación de Young. Una energía superficial más alta refleja una atracción molecular más fuerte entre materiales diferentes.

Como se usa en el presente documento, "resistencia a los lípidos" o "lipofobia" significan la propiedad de ser repelente de lípidos, tender a repeler y no a absorber lípidos, grasas y similares. En un aspecto relacionado, la resistencia a las grasas puede medirse mediante un ensayo "3M KIT" o ensayo de kit TAPPI T559. En otro aspecto relacionado, los "agentes lipófobos secundarios" serían sustancias que tienen propiedades de resistencia a los lípidos, tales como perfluoroalquilos y polifluoroalquilos, por ejemplo.

Como se usa en el presente documento, "material que contiene celulosa" o "material basado en celulosa" significan una composición que consiste esencialmente en celulosa. Por ejemplo, dicho material puede incluir, pero no se limita a, papel, hojas de papel, cartón, pasta de papel, una caja de cartón para almacenamiento de alimentos, papel de pergamino, cartón para pasteles, papel de carnicero, papel/recubrimiento desprendible, una bolsa para almacenamiento de alimentos, una bolsa de compras, una bolsa de envíos, cartón para beicon, materiales aislantes, bolsas de té, recipientes para café o té, una bolsa de compost, utensilios para comer, recipientes para contener bebidas calientes o frías, tazas, una tapa, planchas, una botella para almacenamiento de líquidos carbonatados, tarjetas de regalo, una botella para almacenamiento de líquidos no carbonatado, películas para envolver alimentos, un recipiente de eliminación de basuras, un utensilio para la manipulación de alimentos, una fibra de tela (por ejemplo, algodón o mezclas de algodón), un utensilio de almacenamiento y transporte de agua, bebidas alcohólicas o no alcohólicas, una carcasa o pantalla exterior para artículos electrónicos, un mueble interno o externo, una cortina y tapicería.

Como se usa en la presente memoria, "papel desprendible" significa una lámina de papel usada para evitar que una superficie pegajosa se adhiera prematuramente a un adhesivo o una masilla. En un aspecto, los recubrimientos como se describen en la presente memoria pueden usarse para reemplazar o reducir el uso de silicio u otros recubrimientos para producir un material que tenga una baja energía superficial. La determinación de la energía superficial puede lograrse midiendo el ángulo de contacto (por ejemplo, Optical Tensiometer and/or High Pressure Chamber; Dyne Testing, Staffordshire, Reino Unido) o mediante el uso de plumas o tintas de ensayo de energía superficial (véase, por ejemplo, Dyne Testing, Staffordshire, Reino Unido).

Como se usa en el presente documento, "desprendible", con referencia al PFAE significa que el recubrimiento de PFAE, una vez aplicado, puede separarse del material basado en celulosa (por ejemplo, es extraíble manipulando las propiedades físicas). Como se usa en el presente documento, "no desprendible", con referencia al PFAE significa que el recubrimiento de PFAE, una vez aplicado, está unido sustancialmente de manera irreversible al material basado en celulosa (por ejemplo, es extraíble por medios químicos).

Como se usa en el presente documento, "esponjoso" significa un material sólido, aireado, que tiene la apariencia de algodón crudo o un cacahuete Styrofoam. En realizaciones, el material esponjoso puede estar hecho de fibras de nanocelulosa (por ejemplo, MFC), nanocristales de celulosa y/o filamentos de celulosa; y esteres de ácidos grasos y polioles, donde las fibras o filamentos o cristales resultantes son hidrófobos (y dispersables), y pueden usarse en materiales compuestos (por ejemplo, hormigones, plásticos y similares).

Como se usa en el presente documento, "fibras en solución" o "pasta" significa un material fibroso lignocelulósico preparado separando química o mecánicamente fibras de celulosa de la madera, cultivos de fibras o papel residual. En un aspecto relacionado, cuando las fibras de celulosa se tratan mediante los métodos que se divulgan en la presente memoria, las propias fibras de celulosa contienen ésteres de ácidos grasos y polioles unidos como entidades aisladas, y donde las fibras de celulosa unidas tienen propiedades separadas y distintas de las fibras libres (por ejemplo, pasta, fibra de celulosa, nanocelulosa o un material unido a celulosa microfibrilada-éster de ácido graso y poliol no formaría puentes de hidrógeno entre fibras tan fácilmente como las fibras no unidas).

Como se usa en el presente documento, "repulpable" significa fabricar un producto de papel o cartón adecuado para triturar en una masa blanda, sin forma, para reutilizar en la producción de papel o cartón.

Como se usa en el presente documento, "composición acuosa estable" significa una composición acuosa que es sustancialmente resistente al cambio de viscosidad, a la coagulación y a la sedimentación durante al menos un período de 8 horas cuando está contenida en un recipiente cerrado y almacenada a una temperatura en un intervalo de aproximadamente 0 °C a aproximadamente 60 °C. Algunas realizaciones de la composición son estables durante al menos un período de 24 horas y a menudo durante al menos un período de 6 meses.

Como se usa en el presente documento, "ajustable", que incluye variaciones gramaticales del mismo, significa ajustar o adaptar un proceso para lograr un resultado particular. Por ejemplo, un PFAE particular puede combinarse con un sustrato particular expuesto a un aceite particular y/o una grasa particular para hacer que ese sustrato tratado sea resistente a ese aceite particular y/o a esa grasa particular.

Como se usa en el presente documento, "ángulo de contacto con el agua" significa el ángulo medido a través de un líquido, donde una interfaz líquido/vapor se encuentra con una superficie sólida. Cuantifica la humectabilidad de la superficie sólida por el líquido. El ángulo de contacto es un reflejo de la fuerza con la que las moléculas líquidas y sólidas interactúan entre sí, en relación con la fuerza con la que cada una interactúa sola. En muchas superficies altamente hidrófilas, las gotitas de agua exhibirán ángulos de contacto de 0° a 30°. Generalmente, si el ángulo de contacto con el agua es mayor de 90°, la superficie sólida se considera hidrófoba. El ángulo de contacto con el agua puede obtenerse fácilmente usando un tensiómetro óptico (véase, por ejemplo, Dyne Testing, Staffordshire, Reino Unido).

Como se usa en el presente documento, "permeabilidad al vapor de agua" significa transpirabilidad o capacidad de un textil para transferir humedad. Existen al menos dos métodos de medición diferentes. Uno, el ensayo MVTR (Velocidad de T ransmisión de Vapor de Humedad) según la norma ISO 15496, describe la permeabilidad al vapor de agua (WVP) de un tejido y, por lo tanto, el grado de transporte de transpiración al aire exterior. Las mediciones determinan cuantos gramos de humedad (vapor de agua) pasan a través de un metro cuadrado de tela en 24 horas (cuanto mayor es el valor, mayor es la transpirabilidad).

Otros métodos de ensayo para medir la MVTR incluyen los métodos de las normas ASTM E96 y ASTM F1249.

Una variación de ASTM E96 emplea una cámara para medir la resistencia a la humedad. La cámara está dividida verticalmente por el sustrato/material de barrera. Una atmósfera seca está en una cámara, y una atmósfera húmeda está en la otra. Se realiza un ensayo de 24 horas para ver cuánta humedad pasa a través del sustrato/barrera desde la cámara "húmeda" a la cámara "seca". La norma ASTM E96 puede especificar una cualquiera de cinco combinaciones de temperatura y humedad en la cámara "húmeda". Las condiciones más rigurosas son 40,6 °C (100 °F)/95% HR (humedad relativa). El método puede requerir mucho tiempo y los cambios de presión pueden afectar a los resultados reales.

La norma ASTM F1249 es un método de medición de la MVTR que usa detectores de infrarrojos (IR) para medir cambios en la HR en el lado seco de una película en una cámara similar a la usada en el método de la norma ASTM E96. Se coloca agua en el fondo de la cámara para crear una atmósfera de HR del 100%. El material barrera se usa para dividir el fondo del lado superior. El lado superior de la cámara se ventila con aire seco y el cambio de HR se mide con un detector de IR. Una desventaja de ese método es que la HR está limitada al 100% a menos que se utilice un equipo especial que permita el control sobre la HR.

En un aspecto, se puede usar un ensayo de apresto tipo Hercules de la norma TAPPI T 530 (es decir, ensayo de apresto para papel por resistencia a las tintas) para determinar la resistencia al agua. La resistencia a las tintas por el método de Hercules se clasifica mejor como un ensayo de medición directa del grado de penetración. Otros clasifican el ensayo como un ensayo de la velocidad de penetración. No hay un ensayo óptimo para "medir el apresto". La selección del ensayo depende del uso final y de las necesidades de control de la fábrica de papel. El método de Hercules es adecuado como un ensayo de apresto de control de la fábrica de papel para detectar cambios en el nivel de apresto. Este ensayo ofrece sensibilidad al ensayo de flotación de tintas, al tiempo que proporciona resultados reproducibles, tiempos de ensayo más cortos y determinación automática del punto final.

El apresto, medido por la resistencia a la penetración a través del o absorción en el papel de líquidos acuosos, es una característica importante de muchos papeles. Son típicos de ellos los grados de bolsa, cartón para envases, envoltura para carne, escritura y algunos grados de impresión.

Ese método puede usarse para monitorizar la producción de papel o cartón para usos finales específicos siempre que se haya establecido una correlación aceptable entre los valores del ensayo y el comportamiento del papel en el uso final. Debido a la naturaleza del ensayo y el penetrante, un ensayo puede no necesariamente correlacionarse suficientemente para ser aplicable a todos los requisitos de uso final. Ese método mide el dimensionamiento mediante la velocidad de penetración. Otros métodos miden el apresto por contacto superficial, penetración superficial o absorción. Los ensayos de apresto se seleccionan en base a la capacidad de simular los medios de contacto o absorción de agua en el uso final. Ese método también puede usarse para optimizar los costes de uso químico del apresto.

Tal como se usa en el presente documento, "permeabilidad al oxígeno" significa el grado en el cual un polímero permite el paso de un gas o fluido. La permeabilidad al oxígeno (Dk) de un material es una función de la difusividad (D) (es decir, la velocidad a la que las moléculas de oxígeno atraviesan el material) y la solubilidad (k) (o la cantidad de moléculas de oxígeno absorbidas, por volumen, en el material). Los valores de permeabilidad al oxígeno (Dk) caen típicamente dentro del intervalo de 10-150 x 10-11 (cm2 mL O2)/(s mL mm de Hg). Se ha demostrado una relación semilogarítmica entre el contenido de agua del hidrogel y la permeabilidad al oxígeno (unidad: unidad Barrer). La Organización Internacional de Normalización (ISO) ha especificado la permeabilidad usando la unidad del SI hectopascal (hPa) para la presión. Por lo tanto, Dk = 10-11 (cm2 mL O2)/(s mL hPa). La unidad Barrer se puede convertir en la unidad hPa multiplicando el valor en Barrer por la constante, 0,75.

Como se usa en el presente documento, "biodegradable", que incluye sus variaciones gramaticales, significa que es capaz descomponerse especialmente en productos inocuos por la acción de organismos vivos (por ejemplo, por microorganismos).

Como se usa en el presente documento, "reciclable", que incluye sus variaciones gramaticales, significa un material que es tratable o que puede procesarse (con artículos usados y/o de desecho) para hacer que dicho material sea adecuado para su reutilización.

Como se usa en la presente memoria, "segundo Gurley" o "número Gurley" es una unidad que describe el número de segundos requeridos para que 100 centímetros cúbicos (decilitro) de aire pasen a través de 6,45 cm2 (1,0 pulgadas cuadradas) de un material dado a un diferencial de presión de 1,22 kPa (4,88 pulgadas de agua (0,176 psi)) (ISO 5636-5:2003) (porosidad). Además, para la rigidez, el "número de Gurley" es una unidad para una pieza de material sujeta verticalmente que mide la fuerza requerida para desviar dicho material una cantidad dada (1 miligramo de fuerza). Tales valores pueden medirse en un dispositivo de Gurley Precision Instruments (Troy, Nueva York).

HLB se refiere al equilibrio hidrófilo-lipófilo de una molécula y es una medida del grado en el que un resto es hidrófilo o lipófilo, determinado calculando valores para las diferentes regiones de la molécula.

El método de Griffin para tensioactivos no iónicos que se describió en 1954 es:

en donde Mh es la masa molecular de la porción hidrófila de la molécula, y M es la masa molecular de la molécula completa, dando un resultado en una escala de 0 a 20. Un valor de HLB de 0 corresponde a una molécula completamente lipófila/hidrófoba y un valor de 20 corresponde a una molécula completamente hidrófila/lipófila.

El valor del HLB puede usarse para predecir las propiedades tensioactivas de una molécula:

<10: Liposoluble (insoluble en agua)

>10: soluble en agua (insoluble en lípidos)

1,5 a 3: agente antiespumante

3 a 6: emulsionante W/O (agua en aceite)

7 a 9: agente humectante y de extensión

13 - 15: detergente

12 a 16: emulsionante aceite/agua (aceite en agua)

15 a 18: solubilizante o hidrótropo

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, los valores del HLB para los ésteres de ácidos grasos y polioles (o la composición que comprende dichos ésteres) como se divulga en la presente memoria pueden estar en el intervalo inferior, 1-3. En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, los valores del HLB para los ésteres de ácidos grasos y polioles (o la composición que comprende dichos ésteres) como se describe en la presente memoria pueden estar en los intervalos de medio a superior. En una realización, la combinación de PFAE y zeína para formar una composición acuosa estable implica el uso de tales ésteres que tienen valores de HLB en el intervalo medio, 4-10.

Como se usa en el presente documento, "SEFOSE®" indica un éster de ácido graso y sacarosa preparado a partir de aceite de soja (sojato) que está disponible comercialmente en Procter & Gamble Chemicals (Cincinnati, OH) con el nombre comercial SEFOSE® 1618U (véase el polisojato de sacarosa a continuación), que contiene uno o más ácidos grasos que son insaturados.

Como se usa en el presente documento, "OLEAN®" indica un éster de ácido graso y sacarosa que está disponible en Procter & Gamble Chemicals que tiene la fórmula Cn+12H2n+22O13, en donde todos los ácidos grasos son saturados.

Otros PFAE que tienen diversos valores de HLB y una variedad de restos de ácidos grasos pueden obtenerse de Mitsubishi Chemical Foods Corporation (Tokio, JP), con el nombre comercial RYOTO™.

Como se usa en el presente documento, "sojato" significa una mezcla de sales de ácidos grasos de aceite de soja.

Como se usa en el presente documento, "ácidos grasos de semillas oleaginosas" significa ácidos grasos de plantas, que incluyen, pero no se limitan a, soja, cacahuete, colza, cebada, canola, semillas de sésamo, semillas de algodón, granos de palma, semillas de uva, aceitunas, cártamo, girasol, copra, maíz, coco, linaza, avellana, trigo, arroz, patatas, mandioca, legumbres, semillas de camelina, semillas de mostaza y combinaciones de las mismos.

Como se usa en el presente documento, "plastificante" significa aditivos que aumentan la plasticidad o disminuyen la viscosidad de un material. Son las sustancias que se añaden para alterar las propiedades físicas. Son líquidos con baja volatilidad o pueden ser incluso sólidos. Un plastificante disminuye la atracción entre cadenas poliméricas para fomentar la flexibilidad.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, "ácido graso" comprende un ácido carboxílico que comprende una cadena alifática, que puede ser ramificada. La cadena alifática puede ser saturada o puede comprender uno o más enlaces insaturados, tales como un doble enlace carbono:carbono, que puede ser cis o trans. La cadena alifática puede ser una cadena corta, 5 o menos átomos de carbono; una cadena media, 6-12 átomos de carbono; una cadena larga, 13-21 átomos de carbono; o más larga, 22 o más átomos de carbono.

Como se usa en el presente documento, "poliol" significa un compuesto orgánico que contiene múltiples grupos hidroxilo. El poliol es biodegradable y reciclable. En realizaciones, un poliol comprende una estructura de anillo o una estructura cíclica, tal como, un furano, un pirano, una ribosa, una desoxirribosa, un ribonucleósido, un desoxinucleósido, un ribonucleótido, un desoxirribonucleótido, etc. En realizaciones, un poliol comprende un carbohidrato. En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, un poliol comprende un sacárido. En realizaciones, un poliol comprende un monosacárido, un disacárido o un trisacárido. En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, un poliol comprende un glicosaminoglicano, un mucopolisacárido, etc. En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, un poliol comprende una glucosa, fructosa, galactosa, ribosa, desoxirribosa, arabinosa, xilosa, manosa, sacarosa, lactosa, etc.

Como se usa en el presente documento, "resistencia en húmedo" significa una medida de lo bien que una banda de fibras que mantiene un papel junto puede resistir una fuerza de ruptura cuando el papel está húmedo. La resistencia en húmedo se puede medir usando un dispositivo de resistencia en húmedo Finch de Thwing-Albert Instrument Company (West Berlín, NJ). Cuando la resistencia en húmedo se efectúa mediante aditivos, tales como cimeno, resinas glioxiladas catiónicas, resinas de poliamidoamina-epiclorhidrina, resinas de poliamina-epiclorhidrina, que incluyen resinas epoxi, etc. En realizaciones, el material basado en celulosa recubierto con PFAE como se describe en la presente memoria efectúa dicha resistencia en húmedo en ausencia de tales aditivos.

Como se usa en el presente documento, "húmedo" significa cubierto o saturado con agua u otro líquido.

En realizaciones del tercer aspecto de la presente invención como se define en las reivindicaciones, el método incluye adherir un recubrimiento barrera a una superficie celulósica o poner en contacto una superficie celulósica con dicho recubrimiento barrera que puede unirse a una superficie celulósica, donde dicho método comprende poner en contacto un material basado en celulosa con un recubrimiento que comprende un éster de ácido graso y poliol y una prolamina y exponer el material basado en celulosa puesto en contacto a calor, radiación, un catalizador o una combinación de los mismos durante un tiempo suficiente para unir el recubrimiento barrera al material basado en celulosa. En una realización del método, tal radiación puede incluir, pero no se limita a, luz UV, IR, visible o una combinación de las mismas. En otra realización del método, la reacción se puede llevar a cabo a temperatura ambiente (es decir, 25 °C) a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 100 °C, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 80 °C.

En una realización de la invención como se define en las reivindicaciones, la composición barrera de éster de ácido graso y poliol-prolamina puede contener una mezcla de un monoéster, un diéster, un triéster, un tetraéster, un pentaéster o combinaciones de los mismos. En otro aspecto, el recubrimiento barrera puede contener otras proteínas, polisacáridos y lípidos, que incluyen, pero sin limitarse a, proteínas de la leche (por ejemplo, caseína, proteína de suero y similares), gluten de trigo, gelatinas, aislados de proteína de soja, almidones, almidones modificados, polisacáridos acetilados, alginatos, carragenanos, quitosanos, inulinas, ácidos grasos de cadena larga, ceras y combinaciones de los mismos.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, el recubrimiento puede contener adicionalmente PvOH.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, no se requieren catalizadores ni vehículos orgánicos (por ejemplo, compuestos orgánicos volátiles) para llevar a cabo la adhesión del recubrimiento a una superficie del artículo, incluyendo que no se contempla la acumulación de material usando el método que se divulga. En un aspecto relacionado, el tiempo de reacción es sustancialmente instantáneo. Además, el material resultante presenta una adherencia baja.

Según la presente invención como se define en las reivindicaciones, los ésteres de ácidos grasos de todos los polioles, que incluyen monosacáridos, disacáridos y trisacáridos, son adaptables para su uso en la presente invención. En una realización relacionada, el éster de ácido graso y poliol puede ser un monoéster, un diéster, un triéster, un tetraéster, un pentaéster y combinaciones de los mismos, incluyendo que los restos de ácido graso pueden ser saturados, insaturados o una combinación de los mismos.

Sin vincularse a la teoría, la interacción entre el éster de ácido graso y poliol y el material basado en celulosa puede ser por interacciones iónicas, hidrófobas, de puentes hidrógeno, de van der Waals, de enlaces covalentes o una combinación de las mismas. En una realización relacionada, el éster de ácido graso y poliol que se une al material basado en celulosa es sustancialmente irreversible (por ejemplo, usando un PFAE que comprende una combinación de ácidos grasos saturados e insaturados). Aunque no se desea ceñirse a ninguna teoría, los ácidos grasos insaturados se unen covalentemente a la superficie.

Además, a una concentración suficiente, la unión del éster de ácido graso y poliol solo es suficiente para hacer que el material basado en celulosa sea resistente a los aceites y/o grasas: es decir, la lipofobia se logra en ausencia de la adición de ceras, colofonias, resinas, dicetenos, goma lacas, acetatos de vinilo, látex naturales y/o sintéticos, PLA, PEI, aceites, otros compuestos químicos repelentes de aceites/grasas o combinaciones de los mismos (es decir, agentes lipófobos secundarios), incluyendo que otras propiedades, tales como fortalecimiento, rigidez y volumen del material basado en celulosa se pueden lograr mediante la unión de PFAE solo.

Una ventaja de la invención como se define en las reivindicaciones es que múltiples cadenas de ácidos grasos son reactivas con la celulosa y con el poliol y las moléculas cíclicas en la cadena principal de la estructura o sustrato, por ejemplo, los ésteres de ácidos grasos y sacarosa que se divulgan, y se obtiene una red de reticulación rígida, que conduce a mejoras de la resistencia en bandas fibrosas, tales como, papel, cartón, no tejidos y textiles tendidos al aire y tendidos en húmedo. Esto no se encuentra típicamente en otras químicas de apresto. En realizaciones, se divulga un método para producir un artículo usando los recubrimientos barrera anteriores, método que produce un artículo que tiene una alta energía superficial y resistencia a la penetración de aceites y/o grasas.

La invención, tal como se define en las reivindicaciones, se refiere también a un artículo que comprende la composición descrita anteriormente aplicada a un sustrato. El artículo tiene una alta energía superficial y resistencia a la penetración de aceites y/o grasas. En una realización relacionada, el recubrimiento barrera que se divulga en la presente memoria se puede aplicar mediante prensa de apresto, donde no se pueden aplicar otros recubrimientos que contienen prolamina.

Otra ventaja es que los ésteres de ácidos grasos y polioles, como se describen, suavizan las fibras, aumentando el espacio entre las fibras, aumentando así el volumen sin aumentar sustancialmente el peso. Además, las fibras y el material basado en celulosa modificado que se describen en el presente documento pueden repulparse. Además, por ejemplo, el aceite y/o la grasa no pueden ser fácilmente "empujados" más allá de la barrera hacia el interior de la lámina tratada con el recubrimiento barrera que se ha descrito.

Los PFAE saturados típicamente son sólidos fundibles a las temperaturas de procesamiento nominales, mientras que los PFAE insaturados típicamente son líquidos. Esto permite la formación de dispersiones uniformes y estables de PFAE saturados en recubrimientos acuosos sin interacciones significativas o incompatibilidades con otros componentes del recubrimiento. Además, tal dispersión permite preparar altas concentraciones de PFAE saturados sin afectar negativamente a la reología del recubrimiento, a la aplicación uniforme del recubrimiento o a las características de desempeño del recubrimiento y, por lo tanto, a la capacidad de usar una prensa de apresto para recubrimientos como se describe en el presente documento. La superficie del recubrimiento se hará lipófoba cuando las partículas de prolamina y PFAE saturado se fundan y se extiendan al calentar, secar y consolidar la capa de recubrimiento. En realizaciones, se divulga un método para producir estructuras fibrosas voluminosas que conservan la resistencia incluso cuando se exponen al agua, ya que la prolamina contenida en el recubrimiento está protegida por dichos ésteres. Los productos de fibra formada fabricados usando el método que se describe pueden incluir planchas de papel, soportes de bebidas (por ejemplo, tazas), tapas, bandejas y envases para alimentos que serían ligeros, fuertes y resistentes a la exposición a los aceites, grasas, al agua y a otros líquidos.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, los ésteres de ácidos grasos y polioles se mezclan con prolaminas para producir agentes de apresto para recubrimientos resistentes a los aceites y/o a las grasas. Como se muestra en el presente documento, se ha demostrado una relación sinérgica entre los ésteres de ácidos grasos y polioles y las prolaminas. Aunque se sabe en la técnica que las prolaminas son formadores de películas, las prolaminas son sensibles al agua. En aspectos, el uso de ésteres de ácidos grasos y polioles ayuda a emulsionar las prolaminas en un recubrimiento acuoso.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, los ésteres de ácidos grasos y polioles comprenden o consisten esencialmente en ésteres de ácidos grasos y sacáridos, tales como sacarosa. Se conocen muchos métodos y están disponibles para preparar o proporcionar de otro modo los ésteres de ácidos grasos y polioles de la presente invención y todos estos métodos están disponibles para su uso dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, en realizaciones, los ésteres de ácidos grasos se sintetizan esterificando un poliol con uno o más restos de ácidos grasos obtenidos a partir de semillas oleaginosas que incluyen, pero sin limitarse a, aceite de soja, aceite de girasol, aceite de oliva, aceite de canola, aceite de cacahuete o mezclas de los mismos.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, los ésteres cíclicos de ácidos grasos y polioles comprenden un resto sacárido, incluyendo, pero sin limitarse a, un resto disacárido, tal como, un resto sacarosa, que está sustituido con un resto éster en uno o más hidrógenos de los grupos hidroxilo. En una realización de la invención como se define en las reivindicaciones, los ésteres de disacáridos tienen la estructura de Fórmula I.

en donde "A" es hidrógeno o la Estructura I siguiente:

Estructura I

en donde "R", es un resto alifático o aromático lineal, ramificado o cíclico, saturado o insaturado de aproximadamente ocho a aproximadamente 40 átomos de carbono, y en donde al menos un "A" es al menos uno, al menos dos, al menos tres, al menos cuatro, al menos cinco, al menos seis, al menos siete o los ocho restos "A" de Fórmula I son según la Estructura I. En una realización, un éster de ácido graso y disacárido como se describe en el presente documento puede ser un monoéster, un diéster, un triéster, un tetraéster, un pentaéster y combinaciones de los mismos, en donde los grupos R pueden ser grupos saturados o saturados e insaturados.

Los grupos "R" adecuados incluyen cualquier forma de resto alifático, que incluyen aquellos que contienen uno o más sustituyentes, que pueden estar presentes en cualquier átomo de carbono del resto. También se incluyen restos alifáticos que incluyen grupos funcionales dentro del resto, por ejemplo, un éter, éster, tio, amino, fosfo o similares. También se incluyen restos alifáticos oligómeros y polímeros, por ejemplo, restos sorbitán, polisorbitán y polialcohol. Los ejemplos de grupos funcionales que pueden estar unidos al resto alifático (o aromático) que comprende el grupo "R" incluyen, pero no se limitan a, halógenos, grupos funcionales alcoxi, hidroxi, amino, éter y éster. En un aspecto, dichos restos pueden tener funcionalidades de reticulación. En otra realización de la invención como se define en las reivindicaciones, el PFAE puede reticularse a una superficie (por ejemplo, partículas de arcilla/pigmento activadas). En otro aspecto, los dobles enlaces presentes en el PFAE pueden usarse para facilitar las reacciones sobre y con superficies.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, un poliol comprende un carbohidrato. En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, un poliol comprende un sacárido. En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, un poliol comprende un disacárido. Los sacáridos y oligosacáridos adecuados incluyen rafinosa, maltodextrosa, galactosa, sacarosa, combinaciones de glucosa, combinaciones de fructosa, maltosa, lactosa, combinaciones de manosa, combinaciones de eritrosa, isomaltosa, isomaltulosa, trehalosa, trehalulosa, celobiosa, laminaribiosa, quitobiosa y combinaciones de las mismas.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, el sustrato o la cadena principal del poliol para la adición de ácidos grasos puede incluir almidones, hemicelulosas, ligninas o combinaciones de los mismos.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, una composición comprende un éster de ácido graso de almidón, donde el almidón puede derivarse de cualquier fuente adecuada, tal como, almidón de maíz dentado, almidón de maíz ceroso, almidón de patata, almidón de trigo, almidón de arroz, almidón de sagú, almidón de tapioca, almidón de sorgo, almidón de batata y mezclas de los mismos.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, el almidón puede ser un almidón no modificado, o un almidón que se ha modificado mediante una modificación química, física o enzimática.

La modificación química incluye cualquier tratamiento de un almidón con un compuesto químico que da como resultado un almidón modificado (por ejemplo, un material de almidón vegetal (en inglés “Plastarch”)). Dentro de la modificación química se incluyen, pero no se limitan a, despolimerización de un almidón, oxidación de un almidón, reducción de un almidón, eterificación de un almidón, esterificación de un almidón, nitrificación de un almidón, desengrasado de un almidón, hidrofobización de un almidón y similares. Los almidones químicamente modificados también pueden prepararse usando una combinación de cualquiera de los tratamientos químicos. Los ejemplos de almidones modificados químicamente incluyen la reacción de un anhídrido alquenil-succínico, particularmente anhídrido octenilsuccínico, con almidón para producir un almidón esterificado hidrófobo; la reacción de cloruro de 2,3-epoxipropiltrimetilamonio con almidón para producir un almidón catiónico; la reacción de óxido de etileno con almidón para producir hidroxietil almidón; la reacción de hipoclorito con almidón para producir un almidón oxidado; la reacción de un ácido con almidón para producir un almidón despolimerizado ácido; el desgrasado de un almidón con un disolvente, tal como metanol, etanol, propanol, cloruro de metileno, cloroformo, tetracloruro de carbono y similares, para producir un almidón desgrasado.

Los almidones físicamente modificados son almidones que se tratan físicamente de una manera que proporcione almidones físicamente modificados. Dentro de la modificación física se incluyen, pero no se limitan a, tratamiento térmico del almidón en presencia de agua, tratamiento térmico del almidón en ausencia de agua, fracturación del gránulo de almidón por cualquier medio mecánico, tratamiento a presión del almidón para fundir los gránulos de almidón y similares. Los almidones físicamente modificados también pueden prepararse usando una combinación de cualquier tratamiento físico. Los ejemplos de almidones físicamente modificados incluyen el tratamiento térmico del almidón en un entorno acuoso para provocar que los gránulos de almidón se hinchen sin ruptura de gránulos; el tratamiento térmico de gránulos de almidón anhidro para provocar el reordenamiento del polímero; la fragmentación de los gránulos de almidón por desintegración mecánica; y el tratamiento a presión de gránulos de almidón por medio de una extrusora para provocar que los gránulos de almidón se fundan.

Los almidones modificados enzimáticamente son cualquier almidón que se trate enzimáticamente de cualquier manera para proporcionar almidones modificados enzimáticamente. Dentro de la modificación enzimática se incluyen, pero no se limitan a, la reacción de una alfa amilasa con almidón, la reacción de una proteasa con almidón, la reacción de una lipasa con almidón, la reacción de una fosforilasa con almidón, la reacción de una oxidasa con almidón y similares. Los almidones modificados enzimáticamente pueden prepararse usando una combinación de cualquiera de los tratamientos enzimáticos. Los ejemplos de modificación enzimática del almidón incluyen la reacción de la enzima a-amilasa con almidón para producir un almidón despolimerizado; la reacción de la enzima de desramificación a-amilasa con almidón para producir un almidón desramificado; la reacción de una enzima proteasa con almidón para producir un almidón con contenido de proteína reducido; la reacción de una enzima lipasa con almidón para producir un almidón con menor contenido de lípidos; la reacción de una enzima fosforilasa con almidón para producir un almidón fosfatado modificado con la enzima; y la reacción de una enzima oxidasa con almidón para producir un almidón oxidado con la enzima.

Los ésteres de ácidos grasos y disacáridos pueden ser ésteres de ácidos grasos y sacarosa según la Fórmula I en donde los grupos "R" son alifáticos y lineales o ramificados, saturados o tanto saturados como insaturados, y tienen entre aproximadamente 8 y aproximadamente 40 átomos de carbono.

Como se usa en el presente documento, los términos "éster de ácido graso y poliol" y "éster de ácido graso y sacarosa" incluyen composiciones que poseen diferentes grados de pureza, así como mezclas de compuestos de cualquier nivel de pureza. Por ejemplo, el compuesto tipo éster de ácido graso y sacárido puede ser un material sustancialmente puro, es decir, puede comprender un compuesto que tiene un número dado de grupos "A" sustituidos con solo una especie de un resto de la estructura I (es decir, todos los grupos "R" son los mismos y todos los restos poliol están sustituidos en igual grado). Los términos también incluyen una composición que comprende una mezcla de dos o más compuestos tipo éster de ácido graso y poliol, que difieren en grados de sustitución, pero en donde todos los sustituyentes tienen la misma estructura del grupo "R". Los términos también incluyen composiciones que son una mezcla de compuestos que tienen grados diferentes de sustitución del grupo "A", y en donde los restos sustituyentes del grupo "R" se seleccionan independientemente de dos o más grupos "R" de la estructura I. En un aspecto relacionado, los grupos "R" pueden ser iguales o pueden ser diferentes, incluyendo que dichos ésteres de ácidos grasos y polioles en una composición pueden ser los mismos o pueden ser diferentes (es decir, una mezcla de diferentes ésteres de ácidos grasos y polioles).

Para las composiciones de la presente invención, la composición puede estar compuesta por compuestos tipo éster de ácido graso y poliol que tienen un DS menor. En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, el éster de ácido graso y poliol es un polisojato de sacarosa.

Un polisojato de sacarosa (SEFOSE® 1618U)

Los ésteres de ácidos grasos y polioles se pueden preparar por esterificación con ácidos grasos sustancialmente puros por procedimientos conocidos de esterificación, tales como, por transesterificación usando ésteres de ácidos grasos y polioles en forma de glicéridos de ácidos grasos derivados, por ejemplo, de fuentes naturales, por ejemplo, las encontradas en aceites extraídos de semillas oleaginosas, por ejemplo, aceite de soja. Las reacciones de transesterificación que proporcionan ésteres de ácidos grasos y polioles usando glicéridos de ácidos grasos se describen, por ejemplo, en las Patentes de EE.UU. Nos. 3.963.699, 4.517.360, 4.518.772, 4.611.055, 5.767.257, 6.504.003, 6.121.440 y 6.995.232 y en el documento WO1992004361.

Además de fabricar ésteres de polioles hidrófobos mediante transesterificación, se pueden conseguir propiedades hidrófobas similares en artículos fibrosos celulósicos haciendo reaccionar directamente cloruros de ácido con polioles que contienen estructuras de anillo.

Como se ha mencionado anteriormente, los ésteres de ácidos grasos y polioles pueden prepararse por transesterificación de un poliol a partir de materias primas tipo ésteres metílicos preparadas a partir de glicéridos derivados de fuentes naturales (véase, por ejemplo, la Patente de EE. UU. No. 6.995.232). Como consecuencia de la fuente de los ácidos grasos, la materia prima usada para preparar el éster de ácido graso y poliol contiene una gama de ésteres metílicos de ácidos grasos saturados e insaturados que tienen restos de ácidos grasos que contienen entre 12 y 40 átomos de carbono. Esto se reflejará en el producto de ésteres de ácidos grasos y polioles preparado a partir de una fuente tal que los restos de poliol que comprenden el producto contendrán una mezcla de sustituyentes del resto de éster, en donde, con referencia a la Estructura I anterior, los grupos "R" serán una mezcla que tiene entre 12 y 26 átomos de carbono con una relación que refleja la materia prima usada para preparar el éster de poliol. Además, para ilustrar ese punto, los ésteres de polioles derivados del aceite de soja serán una mezcla de especies que tienen estructuras de grupo "R" que reflejan que el aceite de soja comprende un 26% en peso de triglicéridos del ácido oleico (R3C-CH2]7-CH=CH-[CH2]7-C(O)OH), 49% en peso de triglicéridos del ácido linoleico (H3C-[CH2]3-[-CH2-CH=CH]2-[-CH2-]7-C(O)OH), 11% en peso de triglicéridos del ácido linolénico (H3C-[-CH2-CH=CH-]3-[-CH2-]7-C(O)OH) y 14% en peso de triglicéridos de diversos ácidos grasos saturados, como se describe en la séptima ed. del Merck Index. Todos esos restos de ácido graso están representados en los grupos "R" de los sustituyentes en el producto éster de ácido graso y poliol de interés. Por consiguiente, cuando en el presente documento se hace referencia a un éster de ácido graso y poliol como el producto de una reacción que emplea una materia prima de ácido graso derivada de una fuente natural, por ejemplo, sojato de sacarosa, se pretende que la materia prima de fuente natural incluya todos los diversos constituyentes que se encuentran típicamente como consecuencia de la fuente a partir de la cual se prepara el éster de ácido graso y poliol. En una realización relacionada, los ésteres de ácidos grasos y polioles que se divulgan pueden exhibir baja viscosidad (por ejemplo, entre aproximadamente 10 a 2000 centipoises a temperatura ambiente o bajo presión atmosférica estándar). En otra realización de la invención como se define en las reivindicaciones, los ácidos grasos insaturados pueden tener uno, dos, tres o más dobles enlaces.

En realizaciones de la presente invención como se define en las reivindicaciones, el éster de ácido graso y poliol y, en aspectos, el éster de disacárido, se forma a partir de ácidos grasos que tienen más de aproximadamente 6 átomos de carbono, de aproximadamente 8 a 16 átomos de carbono, de aproximadamente 8 a aproximadamente 18 átomos de carbono, de aproximadamente 14 a aproximadamente 18 átomos de carbono, de aproximadamente 16 a aproximadamente 18 átomos de carbono, de aproximadamente 16 a aproximadamente 20 átomos de carbono y de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 átomos de carbono, en promedio.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, las relaciones de éster de ácido graso y poliol a prolamina en los recubrimientos barrera pueden ajustarse (variarse) para lograr lipofobia dependiendo de la forma del material basado en celulosa, el aceite y/o grasa al que va a exponerse el material, y así sucesivamente. En una realización de la invención como se define en las reivindicaciones, cuando se mezclan un éster de ácido graso y poliol y una prolamina como recubrimiento sobre el material basado en celulosa, puede usarse un peso de recubrimiento de al menos aproximadamente 0,1 g/m2 hasta aproximadamente 1,0 g/m2, aproximadamente 1,0 g/m2 a aproximadamente 2,0 g/m2, aproximadamente 2 g/m2 a aproximadamente 3 g/m2 sobre una superficie del material basado en celulosa. En una realización relacionada, las mezclas de recubrimiento pueden estar presentes desde aproximadamente 3 g/m2 hasta aproximadamente 4 g/m2, aproximadamente 4 g/m2 hasta aproximadamente 5 g/m2, aproximadamente 5 g/m2 hasta aproximadamente 10 g/m2, aproximadamente 10 g/m2 hasta aproximadamente 20 g/m2. En otra realización, cuando el material basado en celulosa es una solución que contiene fibra de celulosa, el recubrimiento puede estar presente en una concentración de al menos aproximadamente el 0,025% (p/p) de la fibra total presente. En una realización relacionada, la composición de recubrimiento puede estar presente de aproximadamente el 0,05% (p/p) a aproximadamente el 0,1% (p/p), aproximadamente el 0,1% (p/p) a aproximadamente el 0,5% (p/p), aproximadamente el 0,5% (p/p) a aproximadamente el 1,0% (p/p), aproximadamente el 1,0% (p/p) a aproximadamente el 2,0% (p/p), aproximadamente el 2,0% (p/p) a aproximadamente el 3,0% (p/p), aproximadamente el 3,0% (p/p) a aproximadamente el 4,0% (p/p), aproximadamente el 4,0% (p/p) a aproximadamente el 5,0% (p/p), aproximadamente el 5,0% (p/p) a aproximadamente el 10% (p/p), aproximadamente el 10% (p/p) a aproximadamente el 50% (p/p) de la fibra total presente.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, un recubrimiento puede comprender de aproximadamente 0,9% a aproximadamente 1,0%, de aproximadamente 1,0% a aproximadamente 5,0%, de aproximadamente 5,0% a aproximadamente 10%, aproximadamente de 10% a aproximadamente 20%, de aproximadamente 20% a aproximadamente 30%, de aproximadamente 40% a aproximadamente 50% o más de éster de ácido graso y poliol en peso del recubrimiento (p/p). En una realización relacionada, el recubrimiento puede contener de aproximadamente 25% a aproximadamente 35% de éster de ácido graso y poliol en peso del recubrimiento (p/p).

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, el material basado en celulosa incluye, pero no se limita a, papel, cartón, hojas de papel, pasta de papel, tazas, cajas, bandejas, tapas, papeles/forros desprendibles, bolsas de compost, bolsas de compras, bolsas de envíos, cartón de beicon, bolsas de té, material aislante, recipientes para café o té, tuberías y conductos de agua, cubiertos, planchas y botellas desechables de calidad alimentaria, pantallas para dispositivos de televisión y móviles, ropa (por ejemplo, algodón o mezclas de algodón), vendajes, etiquetas sensibles a la presión, cinta sensible a la presión, productos femeninos y dispositivos médicos para usar en el cuerpo o dentro de él, tales como anticonceptivos, dispositivos de administración de fármacos, recipientes para materiales farmacéuticos (por ejemplo, píldoras, comprimidos, supositorios, geles, etc.) y similares. Además, la tecnología de recubrimientos como se describe puede usarse en muebles y tapicerías, equipos de acampada al aire libre y similares.

En una realización de la invención como se define en las reivindicaciones, los recubrimientos como se describen en el presente documento son resistentes al pH en el intervalo de aproximadamente 3 a aproximadamente 9. En un aspecto relacionado, el pH puede ser de aproximadamente 3 a aproximadamente 4, de aproximadamente 4 a aproximadamente 5, de aproximadamente 5 a aproximadamente 7, de aproximadamente 7 a aproximadamente 9.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, se describe un método para tratar una superficie de un material que contiene celulosa (o celulósico) que incluye aplicar a la superficie una composición que contiene un derivado de ácido alcanoico que tiene la fórmula (II) o (III):

R-CO-X Fórmula (II)

X-CO-R-CO-X1 Fórmula (III),

en donde R es un resto hidrocarburo alifático de cadena lineal, de cadena ramificada o cíclico que tiene de 6 a 50 átomos de carbono, y en donde X y X1 son independientemente Cl, Br, R-CO-O-R u O(CO)OR, donde cuando el derivado de ácido alcanoico comprende la fórmula (III) X y X1 son iguales o diferentes, donde el PFAE que se divulga en el presente documento es un portador, y donde el método no requiere una base orgánica, ácido clorhídrico gaseoso (HCl), compuestos orgánicos volátiles (VOC) o un catalizador.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, un derivado de ácido alcanoico se mezcla con un éster de ácido graso y poliol para formar una emulsión, donde la emulsión se usa para tratar el material basado en celulosa.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, el éster de ácido graso y poliol puede ser un agente emulsionante y puede comprender una mezcla de uno o más monoésteres, diésteres, triésteres, tetraésteres y pentaésteres. En una realización, el éster de ácido graso y poliol puede ser un agente emulsionante y puede comprender una mezcla de uno o más triésteres, tetraésteres y pentaésteres, o una mezcla de uno o ambos monoésteres y diésteres. En otra realización, el resto ácido graso del éster de ácido graso y poliol puede contener grupos saturados o una combinación de ácidos grasos saturados e insaturados. En una realización, la emulsión que contiene un éster de ácido graso y poliol puede contener otras proteínas, polisacáridos y/o lípidos, que incluyen, pero sin limitarse a, proteínas de la leche (por ejemplo, caseína, proteína del suero y similares), gelatinas, aislados de proteína de soja, almidones, polisacáridos acetilados, alginatos, carragenanos, quitosanos, inulinas, ácidos grasos de cadena larga, ceras y sus combinaciones.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, los emulsionantes tipo éster de ácido graso y poliol como se describen en la presente descripción se pueden usar para transportar recubrimientos u otros productos químicos usados para la fabricación de papel que incluyen, pero no se limitan a, agalita, ésteres, diésteres, éteres, cetonas, amidas, nitrilos, compuestos aromáticos (por ejemplo, xilenos, toluenos), haluros de ácido, anhídridos, talco, dímero de alquilceteno (AKD), alabastro, ácido algínico, alumbre, albarina, colas, carbonato de bario, sulfato de bario, carbonato de calcio precipitado, carbonato de calcio molido, dióxido de titanio, arcillas, dolomita, pentaacetato de dietilentriamina, ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), enzimas, ácido sulfúrico de formamidina, goma guar, yeso, cal, bisulfato de magnesio, leche de cal, leche de magnesia, PvOH, colofonias, jabones de colofonia, satinas, jabones/ácidos grasos, bisulfato de sodio, carbonato de sodio, titania, tensioactivos, almidones, almidones modificados, resinas de hidrocarburos, polímeros, ceras, polisacáridos, proteínas y sus combinaciones.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, el material que contiene celulosa generado por los métodos que se divulgan en la presente descripción exhibe mayor hidrofobia o resistencia al agua en relación con el material que contiene celulosa sin el tratamiento. En una realización relacionada, el material que contiene celulosa tratado presenta mayor lipofobia o resistencia a las grasas en relación con el material que contiene celulosa sin el tratamiento. En una realización relacionada adicional, el material tratado que contiene celulosa puede ser biodegradable, compostable y/o reciclable. En un aspecto, el material que contiene celulosa tratado es hidrófobo (resistente al agua) y lipófobo (resistente a las grasas).

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, el material que contiene celulosa tratado puede tener propiedades mecánicas mejoradas en comparación con el mismo material no tratado. Por ejemplo, las bolsas de papel tratadas mediante el proceso que se divulga en el presente documento muestran mayores resistencia al estallido, número de Gurley, resistencia a la tracción y/o energía de carga máxima. En una realización, la resistencia al estallido se incrementa en un factor de entre aproximadamente 0,5 y 1,0 veces, entre aproximadamente 1,0 y 1,1 veces, entre aproximadamente 1,1 y 1,3 veces, entre aproximadamente 1,3 y 1,5 veces. En otra realización, el número de Gurley aumentó en un factor de entre aproximadamente 3 y 4 veces, entre aproximadamente 4 y 5 veces, entre aproximadamente 5 y 6 veces y aproximadamente 6 a 7 veces. En otra realización, la deformación por tracción o la resistencia a la tracción aumentaron en un factor de entre aproximadamente 0,5 y 1,0 veces, entre aproximadamente 1,0 y 1,1 veces, entre aproximadamente 1,1 y 1,2 veces y entre aproximadamente 1,2 y 1,3 veces. En otra realización, la energía de la carga máxima aumentó en un factor de entre aproximadamente 1,0 y 1,1 veces, entre aproximadamente 1,1 y 1,2 veces, entre aproximadamente 1,2 y 1,3 veces y entre aproximadamente 1,3 y 1,4 veces.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, el material que contiene celulosa es un papel base que comprende celulosa microfibrilada (MFC) o nanofibras de celulosa (CNF) como se describe, por ejemplo, en la Publicación de EE. UU. No. 2015/0167243, donde la MFC o las CNF se añaden durante el proceso de formación y el proceso de fabricación del papel y/o se añaden como recubrimiento o capa secundaria a una capa previamente formada para disminuir la porosidad de dicho papel base. En una realización relacionada, el papel base se pone en contacto con el éster de ácido graso y poliol como se ha descrito anteriormente. En una realización relacionada adicional, el papel base contactado se pone en contacto adicionalmente con un PvOH. En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, el papel base contactado resultante es ajustablemente resistente al agua y a los lípidos. En un aspecto relacionado, el papel base resultante puede exhibir un valor de Gurley de al menos aproximadamente 10-15 (es decir, resistencia al aire de Gurley (s/100 cc (20 oz.cyl.)), o al menos aproximadamente 100, al menos aproximadamente 200 a aproximadamente 350. En una realización, el recubrimiento de éster de ácido graso y poliol-prolamina puede ser un laminado para una o más capas o puede proporcionar una o más capas como laminado o puede reducir la cantidad de recubrimiento de una o más capas para lograr el mismo efecto de desempeño (por ejemplo, resistencia al agua, resistencia a las grasas y similares). En una realización relacionada, el laminado puede comprender un sello térmico o adhesivo biodegradable y/o compostable.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, los ésteres de ácidos grasos y polioles pueden formularse como emulsiones, donde la elección del agente emulsionante y la cantidad empleada están dictadas por la naturaleza de la composición y la capacidad del agente para facilitar la dispersión del éster de ácido graso y poliol. En una realización, el agente emulsionante puede incluir, pero sin limitarse a, agua, tampones, PvOH, carboximetilcelulosa (CMC), proteínas lácteas, gluten de trigo, gelatinas, aislados de proteína de soja, almidones, polisacáridos acetilados, alginatos, carragenanos, quitosanos, inulinas, ácidos grasos de cadena larga, ceras, agar, alginatos, glicerol, gomas, lecitinas, poloxámeros, monogliceroles, digliceroles, fosfato monosódico, monoestearato, propilenglicoles, detergentes, alcohol cetílico y combinaciones de los mismos. En una realización, las relaciones éster de poliol:agente emulsionante pueden ser de aproximadamente 0,1:99,9, de aproximadamente 1:99, de aproximadamente 10:90, de aproximadamente 20:80, de aproximadamente 35:65, de aproximadamente 40:60 o de aproximadamente 50:50. Será evidente para un experto en la técnica que las relaciones pueden variarse dependiendo de la o las propiedades deseadas para el producto final.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, los recubrimientos de ésteres de ácidos grasos y polioles- prolamina pueden combinarse con uno o más componentes (solos o en combinación) para el apresto interno y superficial, que incluyen, pero sin limitarse a, pigmentos (por ejemplo, arcilla, carbonato de calcio, dióxido de titanio, pigmento plástico), aglutinantes (por ejemplo, almidón, proteína de soja, emulsiones poliméricas, PvOH) y aditivos (por ejemplo, glioxal, resinas glioxaladas, sales de circonio, estearato de calcio, carbonatos de calcio, oleato de lecitina, emulsión de polietileno, carboximetilcelulosa, polímeros acrílicos, alginatos, gomas de poliacrilato, poliacrilatos, microbiocidas, desespumantes basados en aceites, desespumantes basados en siliconas, estilbenos, colorantes directos y colorantes ácidos). En una realización relacionada, tales componentes pueden proporcionar una o más propiedades, que incluyen, pero sin limitarse a, construir una estructura porosa fina, proporcionar una superficie de dispersión de la luz, mejorar la receptividad de tinta, mejorar el brillo, unir partículas de pigmento, unir recubrimientos al papel, reforzar la lámina base, llenar poros en la estructura del pigmento, reducir la sensibilidad al agua, resistir la captación en húmedo en la impresión offset, evitar el rayado con cuchilla, mejorar el brillo en el supercalandrado, reducir la formación de polvo, ajustar la viscosidad del recubrimiento, proporcionar retención de agua, dispersar pigmentos, mantener la dispersión del recubrimiento, evitar el deterioro del recubrimiento/color del recubrimiento, controlar la formación de espuma, reducir el aire arrastrado y los cráteres del recubrimiento, aumentar la blancura y el brillo, y controlar el color y el tono. Será evidente para un experto en la técnica que las combinaciones pueden variarse dependiendo de la o las propiedades deseadas para el producto final.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, los métodos que emplean dichos ésteres de ácidos grasos y polioles-prolamina pueden usarse para reducir el coste de aplicar un recubrimiento primario/secundario (por ejemplo, una capa basada en silicona, una capa basada en almidón, una capa basada en arcilla, una capa de PLA, un capa de PEI y similares) proporcionando una capa de material que presenta una propiedad necesaria (por ejemplo, resistencia a los aceites y/o grasas, resistencia al agua, baja energía superficial, alta energía superficial y similares), reduciendo de ese modo la cantidad de capa primaria/secundaria necesaria para lograr esa misma propiedad. En una realización, los materiales (por ejemplo, agentes termosellables) pueden recubrirse sobre la parte superior de una capa de PFAE. En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, la composición está libre de fluorocarbonos y de siliconas.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, las composiciones aumentan tanto la estabilidad mecánica como la térmica del producto tratado. En un aspecto, el tratamiento superficial es termoestable a temperaturas entre aproximadamente -100 °C y aproximadamente 300 °C. En una realización, la superficie del material basado en celulosa presenta un ángulo de contacto con el agua de entre aproximadamente 60° y aproximadamente 120°. En una realización, el tratamiento superficial es químicamente estable a temperaturas de entre aproximadamente 200 °C y aproximadamente 300 °C.

El sustrato al que se añade la composición de prolamina/PFAE, que puede secarse antes de la aplicación (por ejemplo, a aproximadamente 80-150 °C), puede tratarse con la composición modificadora mediante inmersión, por ejemplo, y permitiendo que la superficie se exponga a la composición durante menos de 1 segundo. El sustrato puede calentarse para secar la superficie, después de lo cual el material modificado está listo para su uso. En una realización de la invención como se define en las reivindicaciones, el sustrato puede tratarse mediante cualquier proceso de recubrimiento/apresto adecuado que se lleva a cabo típicamente en una fábrica de papel (véase, por ejemplo, Smook, G., "Surface Treatments", en "Handbook for Pulp & Paper Technologists", (2016), 4a ed., cap. 18, páginas 293-309, TAPPI Press, Peachtree Ninces, GA, EE. UU.).

No es necesaria ninguna una preparación especial del material en la práctica de la invención como se define en las reivindicaciones aunque, para algunas aplicaciones, el material puede secarse antes del tratamiento. En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, los métodos que se divulgan pueden usarse en cualquier superficie basada en celulosa, que incluye, pero sin limitarse a, una película, un recipiente rígido, fibras, pasta papelera, un tejido o similares. En una realización, los ésteres de ácidos grasos y polioles-prolamina o los agentes de recubrimiento pueden aplicarse mediante una prensa de apresto convencional (vertical, inclinada, horizontal), una prensa de apresto de rodillos de compuerta, una prensa de apresto de dosificación, una aplicación de apresto por calandrado, un apresto con tubos, en la máquina, fuera de la máquina, una máquina de recubrimiento de una sola cara, una máquina de recubrimiento de doble cara, una máquina de recubrimiento de tiempo de residencia corto, una máquina de recubrimiento simultánea por dos caras, una máquina de recubrimiento de cuchilla o varilla, una máquina de recubrimiento por huecograbado, una impresión por huecograbado, una impresión flexográfica, una impresión por chorro de tinta, una impresión láser, un supercalandrado y sus combinaciones.

Dependiendo de la fuente, la celulosa puede ser papel, cartón, pasta papelera, fibra de maderas blandas, fibra de maderas duras o combinaciones de las mismas, nanocelulosa, nanofibras de celulosa, filamentos o microfibrillas, mezclas de algodón o algodón microfibrilado, nanocristales de celulosa o celulosa nanofibrilada.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, la cantidad de recubrimiento de éster de ácido graso y poliol-prolamina aplicada es suficiente para cubrir completamente al menos una superficie de un material que contiene celulosa. Por ejemplo, en realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, el recubrimiento de éster de ácido graso y poliol-prolamina puede aplicarse a la superficie externa completa de un recipiente, la superficie interna completa de un recipiente o una combinación de las mismas, o en uno o ambos lados de un papel base. En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, la superficie superior completa de una película puede cubrirse por el recubrimiento de éster de ácido graso y poliol-prolamina, o la superficie inferior completa de una película puede cubrirse por el recubrimiento de éster de ácido graso y poliol-prolamina, o se cubren ambos lados. En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, el lumen de un dispositivo/instrumento puede cubrirse por el recubrimiento o la superficie exterior del dispositivo/instrumento puede cubrirse por el recubrimiento de éster de ácido graso y poliol-prolamina o se cubren tanto las superficies exterior como interior. En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, la cantidad de recubrimiento de éster de ácido graso y poliol-prolamina aplicada es suficiente para cubrir parcialmente al menos una superficie de un material que contiene celulosa. Por ejemplo, solo las superficies expuestas a la atmósfera ambiente o a un producto, composición, compuesto o material en un uso final objetivo son cubiertas por el recubrimiento de éster de ácido graso y poliol-prolamina, o solo las superficies que no están expuestas a la atmósfera ambiente (por ejemplo, enmascaradas) son cubiertas por el recubrimiento de éster de ácido graso y poliol-prolamina. Como será evidente para un experto en la técnica, la cantidad de recubrimiento de éster de ácido graso y poliol-prolamina aplicada puede depender del uso del material que va a cubrirse. En una realización, una superficie puede recubrirse con un éster de ácido graso y poliolprolamina (prolamina-PFAE) y la superficie opuesta puede recubrirse con un agente que incluye, pero no se limita a, proteínas, gluten de trigo, gelatinas, aislados de proteína de soja, almidones, almidones modificados, polisacáridos acetilados, alginatos, carragenanos, quitosanos, inulinas, ácidos grasos de cadena larga, ceras y combinaciones de los mismos. En una realización, la prolamina-PFAE puede añadirse a una pasta de papel, y al material resultante sobre la banda se le puede proporcionar un recubrimiento adicional de PFAE o prolamina-PFAE.

Se puede usar cualquier proceso de recubrimiento adecuado para administrar cualquiera de los diversos recubrimientos y/o emulsiones de ésteres de ácidos grasos y polioles-prolamina aplicados en el curso de la práctica de ese aspecto de la invención como se define en las reivindicaciones. En realizaciones, los procedimientos de recubrimiento de ésteres de ácidos grasos y polioles-prolamina incluyen inmersión, pulverización, pintura, impresión y cualquier combinación de cualquiera de esos procedimientos, solos o con otros procedimientos de recubrimiento adaptados para poner en práctica los métodos que se divulgan.

Aumentando la concentración de éster de ácido graso y poliol, por ejemplo, las prolaminas que se divulgan en el presente documento se disuelven más fácilmente y forman una película más uniforme. En una realización de la invención como se define en las reivindicaciones, diversos catalizadores podrían permitir un "curado" más rápido del recubrimiento para ajustar con precisión la naturaleza (composición) o la cantidad de prolamina:éster de ácido graso y poliol para cumplir con aplicaciones específicas.

Será evidente para un experto en la técnica que la selección de la celulosa a tratar, el recubrimiento de éster de ácido graso y poliol-prolamina, la temperatura de reacción y el tiempo de exposición son parámetros que se optimizan mediante experimentación rutinaria para adaptarse a cualquier aplicación particular para el producto final.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, la prolamina es zeína. La zeína puede adquirirse comercialmente (véase anteriormente) o prepararse mediante los métodos descritos en Lawton JW, Cereal Chem (2002) 79(1): 1-18, en las páginas 1-4.

Los materiales derivatizados tienen propiedades físicas alteradas que pueden definirse y medirse usando ensayos apropiados conocidos en la técnica. Para la hidrofobia, el protocolo analítico puede incluir, pero no se limita a, la medición del ángulo de contacto y la captación de humedad. Otras propiedades incluyen, rigidez, velocidad de transmisión de vapor de agua (WVTR), porosidad, resistencia a la tracción, falta de degradación del sustrato, propiedades resistencia al estallido y al desgarro. Un protocolo estandarizado específico a seguir está definido por la American Society for Testing and Materials (protocolo ASTM D7334-08).

La permeabilidad de una superficie a diversos gases, tales como vapor de agua y oxígeno, también puede alterarse mediante el procedimiento de recubrimiento de éster de ácido graso y poliol a medida que se potencia la función de barrera del material. La unidad estándar que mide la permeabilidad es el Barrer y los protocolos para medir esos parámetros también están disponibles en el dominio público (norma ASTM F2476-05 para el vapor de agua y norma ASTM F2622-8 para el oxígeno).

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, los materiales biodegradables tratados según el procedimiento divulgado en la presente presentan una biodegradabilidad completa medida por degradación en el medio ambiente bajo ataque microbiano.

Están disponibles diversos métodos para definir y ensayar la biodegradabilidad, que incluyen el método de matraz agitado por sacudidas (ASTM E1279 - 89 (2008)) y el ensayo de Zahn-Wellens(OeCDTG 302 B).

Están disponibles diversos métodos para definir y ensayar la compostabilidad, que incluyen, pero sin limitarse a, la norma ASTM D6400.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, la composición de recubrimiento barrera como se describe en el presente documento, cuando se aplica a un sustrato o una superficie, produce un artículo que tiene resistencia a la penetración de aceites y/o grasas. La resistencia a la penetración de aceites y/o grasas incluye la resistencia a la penetración por diversos aceites, grasas, ceras, otras sustancias oleosas y disolventes sorprendentemente muy penetrantes, tales como tolueno y heptano. La resistencia a la penetración de aceites y/o grasas puede medirse mediante el ensayo Kit de 3M. En un aspecto, la composición tiene un número de kit de al menos 3, al menos 5, al menos 7, al menos 9.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, el método comprende aplicar la composición de recubrimiento barrera a un sustrato para producir el artículo que tiene alta energía superficial y resistencia a la penetración de aceites y/o grasas. En una realización relacionada, la composición barrera se proporciona en contacto íntimo con una o más superficies del sustrato para proporcionar resistencia a la penetración a esas superficies. En una realización, el recubrimiento barrera se puede aplicar como un recubrimiento sobre una o más superficies, o en aplicaciones, el recubrimiento se puede aplicar de manera que se absorba en el interior del sustrato y entre en contacto con más superficies.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, la composición barrera se aplica como un recubrimiento sobre el sustrato. El sustrato puede recubrirse con la composición mediante cualquier método adecuado, por ejemplo, mediante procedimientos de laminación, extensión, pulverización, cepillado o vertido, seguido de secado; coextruyendo la composición barrera con otros materiales sobre un sustrato preformado; o recubriendo por fusión/extrusión un sustrato preformado. En un aspecto, el recubrimiento puede aplicarse mediante una prensa de apresto. En una realización, el sustrato puede recubrirse en un lado, en ambos lados o en todos los lados con la composición barrera. En un aspecto, se puede usar un cuchillo de recubrimiento, tal como, una "cuchilla rascadora", que permite una extensión uniforme de la composición barrera sobre un sustrato que se mueve a lo largo de los rodillos. En una realización, el recubrimiento barrera puede aplicarse a textiles, no tejidos, papel de aluminio, papel, cartón y otros materiales en forma de lámina mediante máquinas de recubrimiento por extensión que operan continuamente.

Las composiciones barrera de la invención como se definen en las reivindicaciones pueden usarse para producir una amplia variedad de artículos diferentes que tienen resistencia a la penetración de aceites y/o grasas. Los artículos pueden incluir, pero no se limitan a, papel, cartón, cartón, cartulina, cartón yeso, madera, compuestos de madera, muebles, mampostería, cuero, acabados para automóviles, pulidos de muebles, plásticos, utensilios de cocina antiadherentes y espumas.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, las composiciones barrera pueden usarse en papeles y cartón para envasado de alimentos, que incluyen el envasado rápido de alimentos. Ejemplos específicos de usos de los envases de alimentos incluyen envolturas de comida rápida, bolsas de alimentos, bolsas de aperitivos, bolsas de comestibles, tazas, bandejas, envases de cartón, cajas, botellas, cajas, películas para el envasado de alimentos, envolturas de envases blíster, bolsas de palomitas de maíz para usar en microondas, papeles desprendibles, recipientes de alimentos para mascotas, recipientes de bebidas, papeles OGR y similares. En realizaciones, se pueden producir artículos textiles, tales como fibras textiles naturales o fibras textiles sintéticas. En una realización relacionada, las fibras textiles pueden procesarse adicionalmente en prendas de vestir, linos, alfombras, paños, recubrimientos de paredes, tapicería y similares.

En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, los sustratos pueden formarse en artículos antes o después de aplicar la composición barrera de interés. En una realización, los recipientes pueden producirse a partir de cartón plano recubierto mediante conformación por presión, mediante conformación al vacío o plegando y adhiriendo cartón en la forma final deseada. El material de cartón plano recubierto puede conformarse en bandejas mediante la aplicación de calor y presión, como se describe, por ejemplo, en la Patente de EE. UU. No. 4.900.594, o se conforma al vacío en recipientes para alimentos y bebidas, como se divulga en la Patente de EE. UU. No.5.294.483.

Los materiales adecuados para el tratamiento mediante el método de la invención como se define en las reivindicaciones incluyen diversas formas de celulosa, tales como fibras de algodón, fibras vegetales, tales como lino, fibras de madera, celulosa regenerada (rayón y celofán), celulosa parcialmente alquilada (éteres de celulosa), celulosa parcialmente esterificada (rayón acetato) y otros materiales de celulosa modificada que tienen una porción sustancial de superficies disponibles para reacción/unión. Como se ha especificado anteriormente, el término "celulosa" incluye todos aquellos materiales y otros de estructura de poliol similar y que tienen propiedades similares. Entre estos, el material relativamente novedoso de celulosa microfibrilada (nanofibra de celulosa) (véase, por ejemplo, la Patente de EE. UU. No. 4.374.702 y las Publicaciones de EE. UU. Nos. 2015/0167243 y 2009/0221812) es particularmente adecuado en la práctica de la materia objeto de interés. En realizaciones de la invención como se define en las reivindicaciones, las celulosas pueden incluir, pero no se limitan a, triacetato de celulosa, propionato de celulosa, acetato propionato de celulosa, acetato butirato de celulosa, nitrocelulosa (nitrato de celulosa), sulfato de celulosa, celuloide, metilcelulosa, etilcelulosa, etilmetilcelulosa, hidroxietilcelulosa, hidroxipropilcelulosa, nanocristales de celulosa, hidroxietilmetilcelulosa, hidroxipropilmetilcelulosa, etilhidroxietilcelulosa, carboximetilcelulosa y combinaciones de las mismas.

La modificación de la celulosa con el recubrimiento barrera de la invención como se define en las reivindicaciones, además de aumentar la resistencia a los aceites y/o las grasas, también puede aumentar la resistencia a la tracción, la flexibilidad y la rigidez, ampliando así aún más la gama de usos. Todos los productos biodegradables y parcialmente biodegradables fabricados a partir de o usando la celulosa modificada divulgada en el presente documento están dentro del alcance de la divulgación, incluyendo los productos reciclables y compostables.

Entre las posibles aplicaciones de la tecnología de recubrimiento, tales artículos incluyen, pero no se limitan a, recipientes para todos los fines, tales como papel, cartón, pasta papelera, tazas, tapas, cajas, bandejas, papeles/forros desprendibles, bolsas de compost, bolsas de compras, tuberías y conductos de agua, cubiertos desechables de calidad alimentaria, planchas y botellas, pantallas para televisores y dispositivos móviles, ropa (por ejemplo, algodón o mezclas de algodón), vendajes, etiquetas sensibles a la presión, cinta sensible a la presión, productos femeninos y dispositivos médicos, tales como anticonceptivos, dispositivos de administración de fármacos y similares. Además, la tecnología de recubrimiento como se describe en el presente documento puede usarse en muebles y tapicería, equipamiento de acampada al aire libre y similares.

Ejemplos

Ejemplo 1. Formulaciones de ésteres de ácidos grasos y sacáridos

SEFOSE® es un líquido a temperatura ambiente y todos los recubrimientos/emulsiones que contienen ese material se aplicaron a temperatura ambiente usando un dispositivo de estiramiento de sobremesa. El tipo y tamaño de las varillas se variaron para crear un intervalo de pesos de recubrimiento.

Formulación 1

Se añadieron cincuenta mL de SEFOSE® a una solución que contenía 195 mL de agua y 5 gramos de carboximetilcelulosa (FINNFIX® 10; CP Kelco, Atlanta, GA). La formulación se mezcló usando un homogeneizador Silverson ajustado a 5000 rpm durante 1 minuto. La emulsión se recubrió sobre una lámina base de 50 gramos fabricada de pasta de madera dura blanqueada y sobre una lámina de 80 gramos compuesta de madera blanda sin blanquear. Ambos papeles se colocaron en un horno (105 °C) durante 15 minutos para secarlos. Al retirarlas del horno, se colocaron las láminas en el banco de laboratorio y se aplicaron a cada lámina 10 gotas de agua (temperatura ambiente) mediante pipeta. Las láminas base no tratadas absorbieron una gotita de agua inmediatamente, mientras que las láminas recubiertas con cantidades variables de SEFOSE® mostraron niveles crecientes de resistencia al agua a medida que aumentaba el peso del recubrimiento (véase la Tabla 1).

Tabla 1. Resultados de la lámina base con SEFOSE®

Se observó que la resistencia al agua no era tan pronunciada en la lámina más pesada y no se logró ninguna resistencia al agua a menos que la lámina estuviera seca.

Formulación 2

Adición de SEFOSE® a pasta para tazas: (una pasta de una sola capa sin tratamiento con MFC) (tablero de 110 gramos hecho de pasta papelera de eucalipto). Se añadieron cincuenta gramos de SEFOSE® a 200 gramos de almidón etilado cocido al 5% (Ethylex 2025) y se agitaron usando un molino Kady de sobremesa durante 30 segundos. Las muestras de papel se recubrieron y colocaron en el horno a 105 °C durante 15 minutos. Se colocaron gotitas de ensayo (10-15) en el lado revestido del tablero y se midió el tiempo de retención de agua y se registró en la tabla siguiente. La penetración de agua en el control de cartón sin tratar fue instantánea (véase la Tabla 2).

Tabla 2. Penetración de agua caliente por pasta para tazas tratada con SEFOSE®

Formulación 3

Se calentó SEFOSE® puro a 45 °C y se colocó en una botella de pulverización. Se aplicó una pulverización uniforme a la pasta de papel del ejemplo anterior, así como a un trozo de cartón duro y una cantidad de tela de algodón. Cuando se colocaron gotas de agua sobre las muestras, la penetración en el sustrato ocurrió en 30 segundos. Sin embargo, después de secar en el horno durante 15 minutos a 105 °C, las perlas de agua se evaporaron antes de absorberse en el sustrato.

La investigación continuada se refiere a si SEFOSE® podría ser compatible con compuestos usados para recubrimientos resistentes a los aceites y/o a las grasas. SEFOSE® es útil para mejoras de la resistencia al agua así como de la rigidez. Se usó pasta de cartón (240 g) para los ensayos de rigidez. La Tabla 3 muestra los resultados. Los datos se obtuvieron a un peso de recubrimiento único: 5 gramos/metro cuadrado, informándose de un promedio de 5 muestras. Los resultados se dan en unidades de rigidez Taber registradas con un medidor de rigidez Taber V-5 Modelo 150-E.

Tabla 3. Ensayo de rigidez

Ejemplo 2. Unión de éster de sacárido a sustrato celulósico

En un esfuerzo por determinar si SEFOSE® se unió reversiblemente a un material celulósico, se mezcló SEFOSE® puro con celulosa pura en una proporción de 50:50. Se dejó reaccionar SEFOSE® durante 15 min a 148,9 °C (300 °F) y la mezcla se extrajo con cloruro de metileno (disolvente no polar) o agua destilada. Las muestras se sometieron a reflujo durante 6 horas y se realizó el análisis gravimétrico de las muestras.

Tabla 4. Extracción de SEFOSE® de material celulósico

Ejemplo 3. Examen de superficies celulósicas

Las imágenes de microscopio electrónico de barrido de papeles base con y sin MFC ilustran cómo una base menos porosa tiene potencial para requerir que mucho menos agentes impermeabilizantes hayan reaccionado con la superficie. Las Figuras 1-2 muestran papel de filtro Whatman de porosidad media, no tratado. Las Figuras 1 y 2 muestran la superficie específica relativamente alta expuesta con la que puede reaccionar un agente derivatizante. Sin embargo, se revela una lámina altamente porosa con gran cantidad de espacio para que el agua escape. Las Figuras 3 y 4 muestran una comparación lado a lado de papel fabricado con pasta papelera reciclada antes y después del recubrimiento con MFC (hay dos aumentos de las mismas muestras sin MCF en el lado izquierdo de la imagen). El ensayo muestra que la derivatización de una lámina mucho menos porosa es más prometedor para el desempeño como barrera al agua/vapor a largo plazo. Las dos últimas imágenes son primeros planos de un "poro" promedio en una lámina de papel de filtro, así como un aumento similar del papel recubierto con CNF para contraste y comparación.

Los datos anteriores demuestran un punto crítico, la adición de más material da como resultado un aumento correspondiente en el desempeño. Sin vincularse a la teoría, la reacción parece ser más rápida con papeles sin blanquear, sugiriendo que la presencia de lignina puede acelerar la reacción.

El SEFOSE® líquido se puede emulsionar fácilmente. Por lo tanto, dicho líquido puede adaptarse para trabajar en los equipos de recubrimiento comúnmente usados en fábricas de papel.

Ejemplo 4. "Esponjosidad"

Se mezcló SEFOSE® líquido y se hizo reaccionar con fibra de madera dura blanqueada para generar una variedad de maneras de crear una lámina de ensayo impermeable. Cuando el éster de sacarosa se mezcló con pasta papelera antes de la formación de la lámina, la mayoría del PFAE se retuvo con la fibra. Con suficiente calentamiento y secado, se formó una lámina de ensayo quebradiza, esponjosa pero hidrófoba. En ese ejemplo, se mezclaron 0,25 gramos de SEFOSE® con 4,0 gramos de fibra de madera dura blanqueada en 6 litros de agua. La mezcla se agitó a mano y el agua se drenó en un molde convencional de láminas de ensayo. La estera de fibras resultante se retiró y se secó durante 15 minutos a 162,8 °C (325°F). La lámina producida mostró una hidrofobia significativa, así como muchos menos puentes de hidrógeno entre las fibras (se observó que el ángulo de contacto con el agua era mayor de 100°).

Se puede añadir un emulsionante. La relación de SEFOSE® a fibra puede ser de aproximadamente 1:100 a 2:1.

Los ensayos posteriores muestran que el talco es solo un espectador en el proceso y se dejó fuera de los ensayos adicionales.

Ejemplo 5. Efectos ambientales sobre las propiedades de recubrimiento de SEFOSE®

Para comprender mejor el mecanismo de la reacción de los ésteres de sacarosa con fibra, se aplicaron recubrimientos de baja viscosidad a una lámina kraft blanqueada a la que se había añadido una resina para proporcionar resistencia en húmedo, pero no resistencia al agua (sin apresto). La viscosidad del recubrimiento se midió usando un viscosímetro Brookfield a 100 rpm.

Se emulsionó SEFOSE® con Ethylex 2025 (almidón etilado) y se aplicó al papel mediante un rodillo de huecograbado. Para comparar, también se emulsionó SEFOSE® con PvOH 9050 de Westcote. Como se muestra en la Figura 5, la oxidación de los dobles enlaces en SEFOSE® se potencia por la presencia de calor y entornos químicos adicionales que potencian la química oxidativa (véase también la Tabla 5).

Tabla 5. Efectos ambientales sobre SEFOSE® (minutos hasta el fallo)

Ejemplo 6. Efecto de cadenas de ácidos grasos insaturados frente a saturados

Se hizo reaccionar SEFOSE® con pasta de madera blanda blanqueada y se secó para formar una lámina. Posteriormente, se llevaron a cabo extracciones con CH2Cl2, tolueno y agua para determinar el grado de la reacción con pasta papelera. Las extracciones se realizaron durante al menos 6 horas usando material de vidrio de extracción Soxhlet. Los resultados de las extracciones se muestran en la Tabla 6.

Tabla 6. Extracción de pasta papelera unida a SEFOSE®

Los datos indican que esencialmente todo el SEFOSE® permanece en la lámina. Se llevó a cabo el mismo procedimiento sobre la pasta papelera sola, y los resultados muestran que se obtuvieron aproximadamente 0,01 g por 10 g de pasta papelera. Sin vincularse a la teoría, eso podría ser considerado como productos químicos residuales de fabricación de pasta papelera o más probablemente productos extractivos que no se habían eliminado completamente.

Se usaron fibras puras de celulosa (por ejemplo, a-celulosa de Sigma Aldrich, St. Louis, MO) y se repitió el experimento. Siempre que los niveles de carga de SEFOSE® permanecieron por debajo de aproximadamente el 20% de la masa de las fibras, más del 95% de la masa de SEFOSE® fue retenido en las fibras y no fue extraíble ni con disolventes polares ni con no polares. Sin vincularse a la teoría, optimizar el tiempo y la temperatura de horneado puede intensificar aún más los ésteres de sacarosa que quedan con las fibras.

Como se muestra, los datos demuestran una incapacidad general para extraer SEFOSE® fuera del material después del secado. Por otro lado, cuando los ácidos grasos del PFAE fueron todos cadenas de ácidos grasos saturados, OLEAN®, disponible en Procter & Gamble Chemicals (Cincinnati, OH), casi el 100% del material puede extraerse usando agua caliente (a o por encima de 70 °C). OLEAN® es idéntico a SEFOSE® siendo el único cambio los ácidos grasos saturados unidos (OLEAN®) a la sacarosa en lugar de los ácidos grasos insaturados (SEFOSE®).

Otro aspecto notable es que múltiples cadenas de ácidos grasos son reactivas con la celulosa y, con las dos moléculas de sacárido en la estructura, SEFOSE® da lugar a una red rígida de reticulación que conduce a mejoras de resistencia en las bandas fibrosas, tales como papel, cartón, no tejidos tendidos al aire y tendidos en húmedo, y textiles.

Ejemplo 7. Adiciones de SEFOSE® para conseguir resistencia al agua

Se fabricaron láminas de ensayo de dos y 3 gramos usando pastas kraft tanto de madera dura como de madera blanda. Cuando se añadió SEFOSE® a la suspensión de pasta papelera al 1% en una carga del 0,1% o superior y se drenó el agua formando la lámina de ensayo, las fibras retuvieron SEFOSE® lo que impartió resistencia al agua. Con 0,1% a 0,4% de SEFOSE®, el agua formó perlas sobre la superficie durante unos pocos segundos o menos. Después que la carga de SEFOSE® fuera superior al 0,4%, el tiempo de resistencia al agua aumentó rápidamente a minutos y luego a horas para niveles de carga superiores al 1,5%.

Ejemplo 8. Producción de material fibroso voluminoso

La adición de SEFOSE® a pasta papelera actúa para ablandar las fibras, aumentar el espacio entre las fibras, aumentando el volumen. Por ejemplo, se drenó una suspensión al 3% de pasta papelera de madera dura que contenía 125 g (seca) de pasta papelera, se secó y se encontró que ocupaba un volumen de 18,2 centímetros cúbicos. Cuando se añadieron 12,5 g de SEFOSE® a la misma suspensión de pasta papelera de madera dura al 3% que contenía un equivalente de 125 g de fibra seca, se drenó el agua y se secó, la estera resultante ocupaba 45,2 centímetros cúbicos.

Se pulverizaron treinta gramos de una pasta papelera kraft de madera dura blanqueada estándar (Old Town Fuel and Fiber, LLC, Old Town, ME) con SEFOSE® que se había calentado a 60 °C. Se colocaron aproximadamente 4,3 cm3 en un desintegrador a 10.000 rpm y esencialmente se repulparon. La mezcla se vertió a través de un molde de láminas de ensayo y se secó a 105 °C. La pasta papelera hidrófoba resultante ocupaba un volumen de 8,1 cm3. Se cortó un cuadrado de 5,08 cm (2 pulgadas) de ese material y se colocó en una prensa hidráulica con 50 toneladas de presión aplicadas durante 30 segundos. El volumen del cuadrado se redujo significativamente pero aún ocupaba un 50% más de volumen que el mismo corte cuadrado de 5,08 cm (2 pulgadas) para el control sin aplicar presión.

Es significativo que no sólo se observa un aumento en el volumen y la suavidad, sino que una estera repulpada a la fuerza después de drenar el agua dio como resultado una estera de fibra donde se retuvo toda la hidrofobia. Esa calidad, además de las observaciones de que el agua no puede ser fácilmente "empujada" al interior de la lámina más allá de la barrera de baja energía superficial, es de valor. La unión de cadenas hidrófobas simples de ácidos grasos no muestra esa propiedad.

Sin vincularse a la teoría, eso representa una evidencia adicional de que SEFOSE® está reaccionando con la celulosa y que los grupos OH de la superficie de las fibras celulósicas no están ya disponibles para participar en puentes de hidrógeno posteriores. Otros materiales hidrófobos interfieren con los puentes de hidrógeno iniciales, pero en el repulpado ese efecto se invierte y los grupos OH en la celulosa están libres para participar en los puentes de hidrógeno en el resecado.

Ejemplo 9. Datos de ensayo del papel para bolsas

La siguiente tabla (Tabla 7) ilustra las propiedades impartidas por el recubrimiento a 5-7 g/m2 con una mezcla de SEFOSE® y PvOH sobre una pasta kraft sin blanquear para bolsas (control). También se incluyen como referencia bolsas comerciales.

Tabla 7. Ensayos de papel para bolsas

Como puede verse en la Tabla 7, la resistencia a la tracción y al estallido aumentan con el recubrimiento del papel base de control con SEFOSE® y PvOH.

Ejemplo 10. Resistencia a la tracción en húmedo/seco

Se fabricaron láminas de ensayo de tres gramos a partir de pasta papelera blanqueada. Los siguientes datos comparan la resistencia a la tracción en húmedo y en seco a diferentes niveles de adición de SEFOSE®. Obsérvese que con esas láminas de ensayo, SEFOSE® no fue emulsionado en ningún recubrimiento sino que simplemente se mezcló en la pasta papelera y se drenó sin añadir ninguna otra química (véase la Tabla 8).

Tabla 8. Resistencia a la tracción en húmedo/seco

Obsérvese también que la tasa de adición del 5% produjo una resistencia en húmedo no muy por debajo de la resistencia en seco del control.

Ejemplo 11. Utilización de ésteres que contienen menos de 8 ácidos grasos saturados

Se llevaron a cabo varios experimentos con ésteres de sacarosa producidos que tenían menos de 8 ácidos grasos unidos al resto de sacarosa. Las muestras de SP50, SP10, SP01 y F20W (Sisterna, Países Bajos) contienen 50, 10, 1 y esencialmente 0% de monoésteres, respectivamente. Aunque los productos disponibles comercialmente se preparan haciendo reaccionar sacarosa con ácidos grasos saturados, relegando así los compuestos menos útiles para una reticulación adicional o reacciones químicas similares, los compuestos son útiles para examinar las propiedades de emulsificación y repelencia al agua.

Por ejemplo, se mezclaron 10 g de SP01 con 10 g de glioxal en una solución de PvOH cocida al 10%. La mezcla se "coció" a 93,3 °C (200 °F) durante 5 minutos y se aplicó mediante estirado a un papel base poroso fabricado de pasta kraft de madera dura blanqueada. El resultado fue un recubrimiento ceroso reticulado sobre la superficie del papel que mostró buena hidrofobia. Cuando se aplicaron un mínimo de 3 g/m2 los ángulos de contacto resultantes fueron superiores a 100°. Puesto que el glioxal es un cristalizador bien conocido usado sobre compuestos que tienen grupos OH, ese método es un medio potencial para fijar ésteres de sacarosa bastante no reactivos a una superficie uniendo grupos alcohol sobrantes sobre el anillo de sacarosa con un grupo alcohol puesto a disposición en el sustrato u otros materiales de recubrimiento.

Ejemplo 12. Datos de HST y absorción de humedad

Para demostrar que SEFOSE® solo proporciona las propiedades impermeabilizantes observadas, se trató papel base poroso del Twins River (Matawaska, ME) con diversas cantidades de SEFOSE® (y PvOH o almidón modificado (Ethylex 2025) para emulsionar, aplicados por estirado) y se ensayaron por el ensayo de apresto de Hercules (HST). Los resultados se muestran en la Tabla 9.

Tabla 9. Datos del HST con SEFOSE®

Como puede verse en la Tabla 9, el aumento de la cantidad de SEFOSE® aplicada a la superficie del papel conduce a un incremento de la resistencia al agua (como se muestra por HST aumentada en segundos).

Esto también puede verse usando recubrimientos de un producto de éster de sacarosa saturado. F20W (Sisterna, Países Bajos) se describe como un muy bajo contenido de monoéster en % con la mayoría de las moléculas en el intervalo de sustitución 4-8. Obsérvese que la captación de producto F20W es sólo el 50% del recubrimiento total que se emulsionó con PvOH usando partes iguales de cada uno para preparar una emulsión estable. Por lo tanto, cuando la captación se etiqueta como "0,5 g/m2", también existe la misma captación de PvOH que da una captación total de 1,0 g/m2. Los resultados se muestran en la Tabla 10.

Tabla 10. Datos del HST para F20W.

Como puede verse en la Tabla 10, de nuevo, el aumento de F20W aumenta la resistencia al agua de la lámina porosa. Por lo tanto, el éster de ácido graso y sacarosa aplicado hace que el papel sea resistente al agua.

Puesto que la resistencia al agua no se debe simplemente a la presencia de un ácido graso que forma un enlace éster con la celulosa, se cargaron láminas de ensayo de madera blanda (pasta kraft de madera blanda blanqueado) con SEFOSE® y ácido oleico añadidos directamente a la pasta papelera, donde el ácido oleico forma un enlace éster con la celulosa en la pasta papelera. La masa en el tiempo cero representa la masa "seca del hueso", de las láminas de ensayo extraídas del horno a 105 °C. Las muestras se colocaron en una sala de humedad controlada mantenida a 50% de HR. El cambio de masa se anotó a lo largo del tiempo (en minutos). Los resultados se muestran en las Tablas 11 y 12.

Tabla 11. Absorción de humedad con SEFOSE®.

Tabla 12. Captación de humedad con ácido oleico

Obsérvese que la diferencia cuando se añade directamente ácido oleico a la pasta papelera formando un enlace éster ralentiza en gran medida la absorción de humedad. Por el contrario, sólo 2% de SEFOSE® ralentiza la absorción de humedad, a concentraciones más altas, el 30% de SEFOSE® no lo hace. Como tal, sin vincularse a la teoría, la estructura del material unido a SEFOSE® no puede explicarse simplemente por la estructura formada por ésteres de ácidos grasos simples y celulosa.

Ejemplo 13. SFAEs saturados

Los ésteres saturados son sólidos cerosos a temperatura ambiente que, debido a la saturación, son menos reactivos con la matriz de muestra o entre moléculas. Usando temperaturas elevadas (por ejemplo, al menos 40 °C y para todos los ensayos por encima de 65°C) el material se funde y puede aplicarse como un líquido que luego se enfría y solidifica, formando un recubrimiento hidrófobo. Alternativamente, los materiales pueden emulsionarse y aplicarse como un recubrimiento acuoso para conferir características hidrófobas.

Los datos mostrados en la Tabla 13 representan lecturas de HST (ensayo de apresto de Hércules) obtenidas de papeles recubiertos con cantidades variables de SFAEs saturados.

Para los recubrimientos de ensayo se usó una lámina de pasta kraft de madera dura blanqueada n° 45 obtenida de papel Turner Falls. La porosidad de Gurley midió aproximadamente 300 segundos, representando una lámina base bastante estanca. Se emulsionó S-370 (DS de 3-5) obtenido de Mitsubishi Foods (Japón) con goma xantana (hasta el 1% de la masa de la formulación de PFAE saturado) antes del recubrimiento.

El peso de recubrimiento de la formulación de PFAE saturado (kg (libras) por tonelada) y HST (media de 4 mediciones por muestra) se presentan en la Tabla 13.

Tabla 13

Los datos apoyan que cantidades limitadas de PFAE saturado pueden mejorar la resistencia al agua de los recubrimientos que están diseñados para otros fines/aplicaciones. Por ejemplo, se mezcló PFAE saturado con recubrimientos basados en almidón Ethylex y en PvOH y se observó una mayor resistencia al agua en cada caso. Los ejemplos que siguen fueron recubiertos sobre una base reciclada, blanqueada, #22,7(50), con una porosidad Gurley de 18 segundos.

Cien gramos de almidón modificado (Ethylex 2025) se cocieron al 10% de sólidos (volumen de 1 litro) y se añadieron 10 gramos de S-370 calientes y se mezclaron usando un homogeneizador Silverson. El recubrimiento resultante se aplicó usando un dispositivo común de recubrimiento por estiramiento de sobremesa y los papeles se secaron bajo lámparas de calor.

A un peso de revestimiento de 136,2 (300)#/tonelada, el almidón solo tenía un HST promedio de 480 segundos. Con el mismo peso de recubrimiento de la mezcla de almidón y PFAE saturado, el HST aumentó a 710 segundos.

Se disolvió suficiente PvOH (Selvol 205S) en agua caliente para lograr una solución al 10%. La solución se recubrió sobre el mismo papel #22,7(50) descrito anteriormente y tenía un HST medio de 102,1 a 68,1 kg (225 a 150 libras)/tonelada de peso de recubrimiento. Usando esa misma solución, se añadió S-370 para conseguir una mezcla que contenía 90% de PVOH/10% de S-370 en base seca (es decir, 90 mL de agua, 9 gramos de PvOH, 1 gramo de S-370) y el HST medio aumentó a 380 segundos.

Ciertos polímeros insolubles en frío, tales como almidón, son compatibles con prolaminas (tales como zeína; véase la Patente de EE. UU. No.7.737.200). Puesto que una de las principales barreras para la producción comercial de la materia objeto de dicha patente es que la formulación es soluble en agua, la adición de PFAE saturados ayuda de esa manera. Ejemplo 14. Otros SFAE saturados

Las evaluaciones en prensa de apresto de recubrimientos basados en PFAE saturados se realizaron en una lámina ligera blanqueada (aprox. 35 #) que no tenía apresto y una formación relativamente mala. Todas las evaluaciones se realizaron usando PvOH Exceval HR 3010 cocido para emulsionar el PFAE saturado. Se añadió suficiente PFAE saturado para explicar el 20% de los sólidos totales. El enfoque fue evaluar las muestras S-370 frente a C-1800 (disponibles en Mitsubishi Foods, Japón). Ambos ésteres funcionaron mejor que el control, algunos de los datos clave se muestran en la Tabla 14:

Tabla 14

Obsérvese que los compuestos saturados parecen dar un aumento en el kit, produciendo tanto S-370 como C-1800 aproximadamente un aumento del 100% de HST.

Ejemplo 15. Aditivo de resistencia en húmedo

Los ensayos de laboratorio han mostrado que la química de los ésteres de polioles puede ajustarse para lograr una variedad de propiedades, que incluyen su uso como aditivo de resistencia en húmedo. Cuando los ésteres de polioles se preparan uniendo grupos saturados a cada funcionalidad alcohol en la sacarosa (u otro poliol), el resultado es una sustancia hidrófoba, cerosa, que tiene baja miscibilidad/solubilidad en agua. Los compuestos pueden añadirse a materiales celulósicos para conferir resistencia al agua bien internamente o como un recubrimiento. Sin embargo, puesto que los compuestos no reaccionan químicamente entre sí o con ninguna parte de la matriz de la muestra, los compuestos son susceptibles de eliminación por disolventes, calor y presión.

Cuando se desean impermeabilización y valores más altos de resistencia al agua, se pueden preparar y añadir al material celulósico ésteres de polioles que contengan grupos funcionales insaturados con el objetivo de conseguir oxidación y/o reticulación que ayuda a fijar el éster de sacarosa en la matriz y a hacer que el éster sea resistente a la eliminación por medios físicos. Ajustando el número de grupos insaturados así como el tamaño de los ésteres de sacarosa, se obtiene un medio para reticular para conferir resistencia y la molécula puede modificarse para aumentar la resistencia al agua adicional.

Los datos de la Tabla 15 se toman añadiendo SEFOSE® a una lámina de pasta kraft blanqueada a niveles variables y obteniendo datos de tracción en húmedo. Los porcentajes mostrados en la tabla representan el porcentaje de éster de sacarosa del papel blanqueado 70# tratado (véase la Tabla 15).

Tabla 15

Los datos ilustran la tendencia de que la resistencia en húmedo aumenta a medida que aumenta el nivel de carga. La resistencia a la tracción en seco muestra la resistencia máxima de la lámina como punto de referencia.

Ejemplo 16. Método para producir ésteres de sacarosa usando cloruros de ácido

Además de preparar ésteres de polioles hidrófobos mediante transesterificación, se pueden conseguir propiedades hidrófobas similares en artículos fibrosos haciendo reaccionar directamente cloruros de ácido con polioles que contienen estructuras de anillo.

Por ejemplo, se combinaron 200 gramos de cloruro de palmitoilo (CAS 112-67-4) con 50 gramos de sacarosa y se mezclaron a temperatura ambiente. La mezcla se llevó a 37,8 °C (100°F) y se mantuvo a esa temperatura durante la noche (presión ambiente). El material resultante se lavó con acetona y agua desionizada para eliminar cualquier material sin reaccionar o hidrófilo. El análisis del material restante usando C13-RMN mostró que se había preparado una cantidad significativa de éster de sacarosa hidrófobo.

Aunque la adición de cloruros de ácidos grasos a materiales celulósicos podría conferir propiedades hidrófobas, la reacción es indeseable ya que el subproducto, HCl gaseoso, crea varios problemas que incluyen la corrosión de los materiales circundantes y es peligroso para los trabajadores y el entorno circundante. Un problema adicional creado por la producción de ácido clorhídrico es que a medida que se forma más, es decir, se hacen reaccionar más sitios del poliol, más débil se vuelve la composición fibrosa. Por ejemplo, se hizo reaccionar cloruro de palmitoilo en cantidades crecientes con materiales de celulosa y materiales de algodón y a medida que aumentaba la hidrofobia, la resistencia del artículo disminuyó.

La reacción anterior se repitió varias veces usando 200 gramos de R-CO-cloruro reaccionado con 50 gramos de cada uno de otros polioles similares, que incluyen almidón de maíz, xilano de abedul, carboximetilcelulosa, glucosa y hemicelulosas extraídos con resultados similares.

Ejemplo 17. Ensayo de pelado

El ensayo de pelado utiliza una rueda entre las dos mordazas del equipo de ensayos de tracción para medir la fuerza necesaria para separar la cinta por pelado de la superficie de un papel como un ángulo reproducible (ASTM D1876; por ejemplo, un equipo de ensayos de pelado modular de la serie 100, TestResources, Shakopee, MN).

Se usó papel kraft blanqueado con alto valor de Gurley (600 segundos) de papel Turners Falls (Turners Falls, MA). La lámina de #22,7 kg (50 libras) representa una lámina bastante estanca, pero bastante absorbente.

Cuando el papel de #22,7 kg (50 libras) se recubrió con 15% de almidón modificado (almidón Ethylex) como control, la fuerza media (sobre 5 muestras) necesaria fue de 98,3 g/cm (0,55 libras/pulgada). Cuando se trata con el mismo recubrimiento pero con SEFOSE® sustituyendo el 25% del almidón Ethylex (de modo que el 25% de captación es de SEFOSE®, el 75% sigue siendo Ethylex) la fuerza promedio disminuyó a 14,5 g/cm (0,081 libras/pulgada). Con una sustitución del 50% de SEFOSE® por Ethylex, la fuerza necesaria disminuyó a menos de 5,36 g/cm (0,03 libras por pulgada).

La preparación de ese papel es según el método estándar 404 de TAPPI para determinar la resistencia a la tracción de los papeles.

Finalmente, se usó el mismo papel con S-370 a una tasa de carga de 340,5 kg (750 libras) por tonelada, que llena eficazmente todos los vertidos en la lámina creando una barrera física completa. Ese papel pasa un kit 12 TAPPI sobre la plancha. Es posible obtener resistencia a las grasas usando variedades PFAE saturados.

Ejemplo 18. Composiciones de zeína-SFAE

A. DS de intervalo medio.

Se pesaron en un vaso de precipitados cien gramos de éster de ácido graso y sacarosa que contenía restos de ácido graso saturado (Fooding Group Ltd., Shanghai, CA), que tenía aproximadamente 3-4 cadenas de ácido graso saturado unidas a la molécula de sacarosa. Se aplicó calor hasta que el éster cambió de un polvo blanco a una sustancia cerosa fundida muy viscosa. Se introdujeron treinta gramos de zeína pura (Freeman Industries LLC, Tuckahoe, NY) en el éster. El polvo amarillo se fundió en el éster y se eliminó el calor. La mezcla se dejó reposar durante 10 minutos. Usando un homogeneizador de sobremesa la mezcla se agitó mientras se añadía agua caliente. Aproximadamente 600 g de agua produjeron una mezcla homogénea de zeína-éster de flujo libre que no tenía sólidos visibles ni precipitados, o separación de fases durante al menos 100 horas.

El mismo éster se mezcló con agua caliente y se recubrió sobre un papel base Gurley blanqueado, 35#, 18. Con un peso de 4 g/m2 se logró un kit 4 TAPPI. El aumento del peso del recubrimiento no pareció aumentar el valor del kit cuando se usó el PFAE solo, sin embargo, el éster no provocó que la grasa formara perlas sobre el papel. El trabajo se reprodujo de nuevo usando el éster mezclado con carbonato cálcico y se aplicó al mismo papel. A 4 g/m2 se logró un kit 3.

Cuando la zeína-SFAE combinada se aplicó a diversas láminas base mediante una máquina de recubrimiento de sobremesa, se observó un intervalo de kit TAPPI 2-6, cuyos valores de kit dependen de la hermeticidad de la lámina base y el peso de recubrimiento aplicado. Por ejemplo, usando una lámina base blanqueada que tenía un Gurley de 250, se logró un kit 6 cuando se aplicó al menos 4 g/m2 de recubrimiento. Se espera que se puedan añadir otros aditivos para eliminar burbujas de aire, inhibir el deterioro por bacterias y ayudar a optimizar la confirmación de proteínas, es decir, el tamaño de partícula.

Se pesan en cada uno de dos vasos de precipitados cien gramos de ésteres de ácidos grasos y sacarosa que contienen restos de ácido graso saturado (RYOTO™ S370 y B370 de Mitsubishi Chemical, Tokio, JP) que tienen un HLB de aproximadamente 3 y con un DS de 3-5. Se aplica calor a las muestras hasta que se funden los ésteres. Se introducen treinta gramos de zeína (Freeman Industries LLC, Tuckahoe, NY) en cada vaso de precipitados. El polvo amarillo se funde en el éster y se elimina el calor. Las mezclas se dejan reposar durante 10 minutos. Usando un homogeneizador de sobremesa, las mezclas se agitan mientras se añade agua caliente a cada vaso de precipitados. Se añade agua hasta que se obtuvo una mezcla homogénea de zeína-éster.

Cuando las mezclas de zeína-PFAE combinadas se aplican a varias láminas base mediante una máquina de revestimiento por estirado de sobremesa, se obtuvieron papeles tratados con mayor valor de kit y repelencia a los aceites.

La zeína es necesaria para alcanzar valores de kit de nivel medio-alto. Sin vincularse a la teoría, es digno de mención que la sinergia zeína-éster podría permitir nuevas formas de formulación para aquellos que necesitan un kit bajo, en el intervalo de 3-4, y no tienen capacidad de actuar como recubrimientos en el sitio. Adicionalmente, podría permitir conseguir un kit con algún nivel de pigmento.

B. DS de intervalo bajo

Se pesan en un vaso de precipitados cien gramos de éster de ácido graso y sacarosa que contiene restos de ácido graso saturado, que tienen aproximadamente de 1 a 2 cadenas de ácido graso saturado unidas a la molécula de sacarosa. Se aplica calor hasta que se funde el éster. Se añaden treinta gramos de zeína pura al éster. Cuando se mezclan se elimina el calor. La mezcla se deja reposar. Usando un homogeneizador de sobremesa, la mezcla se agita mientras se añade agua caliente para crear una mezcla de zeína-SFAE de flujo libre.

La zeína-SFAE combinada se aplica a diversas láminas base mediante una máquina de recubrimiento por estirado de sobremesa para producir papel tratado en donde se forman perlas de grasa y aceite.

Se pesan en cada uno de los dos vasos de precipitados cien gramos de éster de ácido graso y sacarosa que contiene restos de ácido graso saturado (RYOTO™ L1695 y P1670 de Mitsubishi Chemical, Tokio, JP) que tienen un HLB de 16 que indica 1 -2 cadenas de ácidos grasos saturados unidas a la molécula de sacarosa. Se aplica calor a las muestras hasta que se funden los ésteres. Se introducen treinta gramos de zeína (Freeman Industries LLC, Tuckahoe, NY) en cada vaso de precipitados. El polvo amarillo se funde en el éster y se elimina el calor. Las mezclas se dejan reposar durante 10 minutos. Usando un homogeneizador de sobremesa, las mezclas se agitan mientras se añade agua caliente a cada vaso de precipitados. Se añade agua hasta obtener una mezcla homogénea de zeína-éster.

Cuando las mezclas de zeína-PFAE combinadas se aplican a diversas láminas base mediante una máquina de recubrimiento por estirado de sobremesa, se obtienen papeles tratados con valores de kit más altos y repelencia a los aceites demostrada.

Ejemplo 19

Se encontró que la pasta papelera base para tazas se trataba fuertemente con colofonia para aumentar la resistencia al agua. Sin embargo, se encontró que el Gurley en ese cartón era de 50 segundos, lo que indica un cartón bastante poroso. Ese material es repulpable y el vapor de agua penetra rápidamente y reblandece el material. Se aplicó SEFOSE® puro a ese cartón y se secó en un horno a 100 °C durante la noche. El material resultante tenía un tacto similar al plástico y era completamente impermeable. En masa, el material era 50% (p/p) de celulosa/50% (p/p) de SEFOSE®. El Gurley fue demasiado alto para medirlo. Sumergir una muestra en agua durante 7 días no reblandeció significativamente el material. Los datos del invernadero revelaron que el material se biodegradaba en aproximadamente 150 días. Las cintas y colas comunes no se pegarían a este material compuesto.

Se han llevado a cabo experimentos con PFAE saturado y zeína, ya que se ha demostrado que la zeína confiere al papel resistencia a las grasas. Se generaron dispersiones acuosas estables de zeína (hasta el 25% en agua) a las que se añadió de 2% a 5% de PFAE saturado. Las observaciones demostraron que el PFAE saturado "bloquea" la zeína sobre el papel impartiendo resistencia al agua (además de resistencia a las grasas) a la formulación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un recubrimiento barrera que comprende una prolamina y al menos un éster de ácido graso y poliol (PFAE), en donde dicho poliol comprende una estructura cíclica y de 1 a 2 restos de ácido graso o de 3 a 5 restos de ácido graso, y un ácido graso es saturado, y en donde la relación de PFAE a prolamina es 1:1,2:1, 3:1,4:1 ó 5:1 en una base de peso a peso (p/p).

2. Un artículo que comprende el recubrimiento según la reivindicación 1, en donde el recubrimiento está presente en una concentración suficiente para provocar que una superficie de dicho artículo se vuelva sustancialmente resistente a la aplicación de aceites y/o grasas, preferiblemente en ausencia de agentes lipófobos secundarios.

3. El recubrimiento barrera según la reivindicación 1, en donde la prolamina se selecciona del grupo que consiste en zeína, hordeína, gliadina, kafirina y combinaciones de las mismas.

4. El recubrimiento barrera según la reivindicación 1, en donde dicho poliol comprende (a) un carbohidrato, (b) un monosacárido, un disacárido o un trisacárido, o (c) sacarosa o lactosa.

5. El recubrimiento barrera según la reivindicación 1, en donde un ácido graso es insaturado.

6. El recubrimiento barrera según la reivindicación 1, que además comprende uno o más materiales seleccionados del grupo que consiste en poli(alcohol vinílico) (PvOH), poli(ácido láctico) (PLA), arcilla, talco, carbonato de calcio precipitado, carbonato de calcio molido, látex naturales y sintéticos, glioxilo y combinaciones de los mismos, que además comprende preferiblemente una partícula inorgánica seleccionada del grupo que consiste en arcilla, talco, carbonato de calcio precipitado, carbonato de calcio molido, TiO2 y combinaciones de los mismos.

7. El recubrimiento barrera según la reivindicación 1, en donde dicho ácido graso se obtiene de una fuente natural.

8. El recubrimiento barrera según la reivindicación 1, en donde dicho ácido graso se obtiene a partir de una semilla oleaginosa, preferiblemente la semilla oleaginosa se selecciona del grupo que consiste en soja, cacahuete, colza, cebada, canola, semillas de sésamo, semillas de algodón, granos de palma, semillas de uva, aceituna, cártamo, girasol, copra, maíz, coco, linaza, avellana, trigo, arroz, patata, mandioca, legumbres, semillas de camelina, semillas de mostaza y combinaciones de las mismos.

9. El recubrimiento barrera según la reivindicación 1, en donde dicho poliol comprende sacarosa y se obtiene un ácido graso a partir de una semilla oleaginosa.

10. El artículo según la reivindicación 2, seleccionado del grupo que consiste en papel, cartón, pasta papelera, una caja de cartón para almacenamiento de alimentos, una bolsa para almacenamiento de alimentos, una bolsa para envíos, un recipiente para café o té, una bolsa de té, cartón para beicon, pañales, tela o película de bloqueo/barrera de malas hierbas, una película de acolchado, macetas para plantas, perlas de embalajes, envoltura de burbujas, un material absorbente de aceites, laminados, sobres, tarjetas de regalo, tarjetas de crédito, guantes, impermeables, un papel OGR, una bolsa de compra, una bolsa de compost, papel desprendible, utensilios alimentarios, un recipiente para contener bebidas calientes o frías, tazas, toallas de papel, planchas, una botella para almacenamiento de líquido carbonatado, materiales aislantes, una botella para almacenamiento de líquidos no carbonatados, películas para envolver alimentos, un recipiente de eliminación de basuras, un utensilio de manipulación de alimentos, una tapa para una taza, una fibra de tela, un utensilio de almacenamiento y transporte de agua, un utensilio de almacenamiento y transporte de bebidas alcohólicas o no alcohólicas, una carcasa o pantalla externa para artículos electrónicos, un mueble de interior o exterior, una cortina, tapicería, películas, cajas, láminas, bandejas, tuberías, conductos de agua, envases para productos farmacéuticos, ropa, dispositivos médicos, anticonceptivos, equipamiento de acampada, un material celulósico que se moldea y combinaciones de los mismos.

11. El recubrimiento barrera según la reivindicación 1, en donde el recubrimiento es biodegradable y/o compostable.

12. Un método para derivatizar de manera ajustable un material basado en celulosa para proporcionar resistencia lipófoba que comprende poner en contacto el material basado en celulosa con un recubrimiento barrera que comprende una prolamina y al menos un éster de ácido graso y poliol (PFAE), en donde dicho poliol comprende una estructura cíclica y de 1 a 2 restos de ácido graso o de 3 a 5 restos de ácido graso, y un ácido graso es saturado, y en donde la relación de PFAE a prolamina es 1:1, 2:1, 3:1, 4:1 ó 5:1 en una base de peso a peso (p/p), y exponer el material basado en celulosa contactado a calor, radiación, un catalizador o una combinación de los mismos durante un tiempo suficiente para adherir el recubrimiento barrera al material basado en celulosa.

13. El método según la reivindicación 12, que comprende además eliminar el exceso de recubrimiento barrera.

14. El método según la reivindicación 12, en donde el recubrimiento barrera se aplica sobre una prensa de apresto.