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Composizioni di rivestimento per substrati cartacei e processi di patinatura che impiegano dette composizioni Download PDF

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Description

COMPOSIZIONI DI RIVESTIMENTO PER SUBSTRATI CARTACEI E PROCESSI DI
PATINATURA CHE IMPIEGANO DETTE COMPOSIZIONI
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad una composizione per rivestimento (c.d. coating composition) da applicare su substrati cartacei per la realizzazione di uno strato barriera a composti del tipo idrocarburico saturi ed aromatici come ad esempio i composti comunemente denominati MOSH (Mineral Oil Saturated Hydrocarbons) e MOAH (Mineral Oil Aromatic Hydrocarbons). Dette composizioni sono caratterizzate dal fatto di comprendere amido destrutturato in forma complessata.
L’utilizzo di prodotti cartacei riciclati ha, nel corso degli ultimi anni, assunto sempre maggior importanza nel settore degli imballaggi alimentari. Infatti, oltre a ridurre i costi legati all’approvvigionamento delle materie prime, l’utilizzo di questi materiali consente, attraverso il riciclo dei rifiuti in carta e cartone, di diminuire le problematiche legate allo smaltimento di questi ultimi nonché di ridurre l’inquinamento da incenerimento.
Per essere efficacemente utilizzati nel settore degli imballaggi alimentari, tuttavia, i prodotti cartacei riciclati necessitano di trattamenti superficiali per creare uno strato barriera a diversi composti, ad esempio idrocarburi saturi ed aromatici.
I trattamenti superficiali consentono di preservare gli alimenti in sicurezza, evitandone la contaminazione.
È infatti noto che cibi secchi confezionati in imballaggi di cartone riciclato possono presentare tracce di idrocarburi saturi ed aromatici. La presenza di tali composti à ̈ dovuta principalmente al fatto che i rifiuti in carta/cartone utilizzati come materie prime nella produzione del cartone riciclato sono per larga parte costituiti da carta di giornale comunemente stampata con inchiostri che contengono detti composti, comunemente indicati come “Mineral Oil Saturated Hydrocarbons†(MOSH) e “Mineral Oil Aromatic Hydrocarbons†(MOAH).
Composizioni di rivestimento a base amido da applicare su substrati cartacei, sono attualmente note in letteratura e commercio.
Ad esempio, in Maxwell C.S. “Effect of Ethylene Copolymer-Starch Blends on Water Resistance of Paper", Tappi 53(8):1464-1466 (1970), dispersioni acquose contenenti amido gelatinizzato ed il sale di ammonio del poli(etilene-acido acrilico) vengono utilizzate per il rivestimento della carta. Tali dispersioni tuttavia sono estremamente viscose anche a basso contenuto di solidi, con ciò limitando fortemente la possibilità di depositare in maniera omogenea quantità di composizione di rivestimento sufficientemente elevate così da consentire la formazione di uno strato che funga da barriera per i suddetti composti. Tali dispersioni presentano l’ulteriore svantaggio che l’amido gelatinizzato, essendo soggetto al fenomeno della retrogradazione, precipita sotto forma di geli rendendo notevolmente più complesso il processo di deposizione su carta.
Partendo dal problema tecnico sopra esposto si à ̈ ora sorprendentemente trovato che, utilizzando una composizione comprendente amido destrutturato in forma complessata, à ̈ possibile realizzare dispersioni acquose stabili ed ad elevato contenuto di solidi in grado di realizzare strati barriera omogenei resistenti a composti idrocarburici saturi ed aromatici. La presente invenzione si riferisce infatti ad una composizione di rivestimento per substrati cartacei caratterizzata dal fatto di comprendere amido destrutturato in forma complessata con polimeri contenenti gruppi idrofilici intercalati con sequenze idrofobiche ed all’uso di questa per la realizzazione di strati barriera a composti idrocarburici saturi ed aromatici.
Secondo una modalità di realizzazione preferita, detta composizione à ̈ applicabile come dispersione acquosa con contenuto di solidi fino a 55 % in peso. La composizione secondo la presente invenzione, infatti, si disperde omogeneamente in acqua formando una microdispersione di particelle aventi diametro medio inferiore a 5 micron, preferibilmente inferiore a 2 micron, più preferibilmente inferiore a 1 micron, ed ancor più preferibilmente inferiore a 0,7 micron, che mostra una notevole stabilità delle proprietà fisiche, in particolare per quanto riguarda la viscosità dinamica.
Sono oggetto dell’invenzione anche dette dispersioni acquose della composizione di rivestimento secondo la presente invenzione.
Ai sensi della presente invenzione, per notevole stabilità della viscosità dinamica si intende che la dispersione acquosa della composizione, dopo essere stata mantenuta in assenza di agitazione a 30°C per 20 giorni e riagitata per circa 10 secondi varia per meno del 30% la sua viscosità dinamica.
Tale caratteristica risulta particolarmente vantaggiosa nel settore della patinatura della carta in cui le composizioni di rivestimento vengono generalmente depositate sotto forma di dispersioni acquose in quanto elimina la necessità di preparare la dispersione immediatamente prima dell’utilizzo.
Un aspetto di particolar rilievo della composizione secondo la presente invenzione risiede nel fatto che à ̈ possibile regolarne la viscosità dinamica sia variando il contenuto di solidi nell’intervallo sopra indicato sia diminuendo il peso molecolare dell’amido destrutturato mediante trattamento chimico, preferibilmente con acidi o basi, o mediante trattamento enzimatico, mantenendo la struttura submicronica della dispersione. Nel caso di trattamenti acidi, à ̈ particolarmente preferito l’utilizzo di acidi forti quali per esempio acido solforico. La possibilità di regolare la viscosità dinamica delle dispersioni acquose contenenti le composizioni secondo la presente invenzione, ne consente l’impiego senza modifiche alle condizioni di utilizzo dei macchinari convenzionali.
Ad esempio, per l’applicazione su substrati cartacei particolarmente vantaggiosi sono valori di viscosità dinamica non superiori a 600 mPa*s.
Grazie alla combinazione di stabilità delle proprietà fisiche, omogeneità della dispersione di particelle e viscosità cinematica, la dispersione acquosa contenente la composizione secondo la presente invenzione à ̈ vantaggiosamente utilizzabile anche come filler biodegradabile in altri settori quali per esempio quello della produzione di gomme quali ad esempio SBR (styrene-butadiene rubber), polibutadiene, poliisoprene, gomme EPDM (ethylene propylene diene monomer), gomme naturali.
La dispersione acquosa contenente la composizione secondo la presente invenzione à ̈ inoltre vantaggiosamente utilizzabile come componente filmogeno per vernici, per esempio ad elevata traspirabilità al vapor d’acqua, nonché come veicolo (c.d. carrier) per principi attivi in vari campi quali ad esempio quello farmaceutico (farmaci), agronomico (insetticidi ed erbicidi), cosmetico, biotecnologico (immobilizzazione di enzimi o altre forme di catalizzatori o di microorganismi) o come microincapsulante di fragranze, pigmenti o sostanze labili (ad esempio idroperossidi) per aumentarne la vita utile.
In una forma di realizzazione preferita, la composizione secondo la presente invenzione comprende, rispetto al peso totale della composizione:
- 30 - 80 % di amido destrutturato;
- 20 - 70 % di polimeri contenenti gruppi idrofilici intercalati con sequenze idrofobiche; - 0 - 25 % di plastificanti;
- 0 - 20 % di acqua.
Ai sensi della presente invenzione, per amido destrutturato si intende un amido di qualsiasi tipo che ha sostanzialmente perso la sua struttura granulare nativa. Per quel che riguarda la struttura granulare nativa dell’amido, questa può essere vantaggiosamente individuata mediante microscopia ottica in contrasto di fase.
L’amido utilizzabile per la preparazione della composizione secondo la presente invenzione à ̈ amido nativo, quale per esempio di mais, di patata, di riso, di tapioca o amido fisicamente o chimicamente modificato quale per esempio amido etossilato, amido acetato o amido idrossipropilato, amido reticolato, amido ossidato, amido destrinizzato, destrine e miscele di questi.
Ai sensi della presente invenzione, per amido destrutturato in forma complessata si intende un amido destrutturato che, allo spettrometro ai raggi X, presenta una o più forme cristalline associabili ad uno o più picchi di diffrazione elencati qui di seguito.
Forma VHVAEH
cristallina (2Î ̧ ) (2Î ̧) (2Î ̧)
7.4 (±0.3) 7.7 (±0.3) 7.0 (±0.2)
12.8 (±0.2) 13.5 (±0.4) 12.0 (±0.3)
16.7 (±0.2) 15.7 (±0.1) 13.1 (±0.3)
18.3 (±0.2) 17.6 (±0.1) 18.2 (±0.4)
19.7 (±0.3) 19.3 (±0.2) 24.9 (±0.2)
22.2 (±0.2) 20.8 (±0.2)
24.9 (±0.2) 23.7 (±0.1)
26.4 (±0.1)
27.5 (±0.1)
28.6 (±0.1)
Per quanto concerne i polimeri contenenti gruppi idrofilici intercalati con sequenze idrofobiche, questi sono preferibilmente insolubili in acqua. Ciò consente alle composizioni di rivestimento secondo la presente invenzione di rendere i substrati cartacei resistenti all’acqua. Detti polimeri sono vantaggiosamente scelti tra:
- copolimeri dell’etilene con vinilalcol, vinil acetato, acido acrilico, acido metacrilico, acido crotonico, acido itaconico, anidride maleica, glicidilmetacrilato e miscele di questi;
- copolimeri vinilacetato/vinilacol;
- poliammidi alifatiche 6-6, 6-9 o 12, poliuretani alifatici, poliesteri alifatici e alifatico/aromatici, copolimeri random o a blocchi poliuretano/poliammide, poliuretano/polietere, poliuretano/poliestere, poliammide/poliestere, poliammide/polietere, poliestere/polietere, poliurea/poliestere, poliurea/polietere, acido polilattico, acido poliglicolico, policaprolattone/uretano, in cui il peso molecolare dei blocchi di policaprolattone à ̈ compreso tra 300 e 3000.
Possono inoltre essere utilizzate miscele di detti polimeri.
Tra i polimeri contenenti gruppi idrofilici intercalati con sequenze idrofobiche, preferiti sono i copolimeri dell’etilene con vinilalcol, vinilacetato, acido acrilico, acido metacrilico, acido crotonico, acido itaconico, anidride maleica e miscele di questi.
Tra questi, particolarmente preferiti sono i copolimeri dell’etilene con vinilalcol e con acido acrilico.
Nel caso di copolimeri dell’etilene con vinilalcol, questi preferibilmente contengono 20-50 % in moli di unità etilene.
Nel caso di copolimeri dell’etilene con acido acrilico, questi preferibilmente contengono 70-99% in peso di unità etilene.
I plastificanti sono preferibilmente scelti tra i polioli aventi da 2 a 22 atomi di carbonio, tra questi essendo particolarmente preferiti i polioli aventi da 1 a 20 gruppi idrossile contenenti da 2 a 6 atomi di carbonio, loro eteri, tioetieri ed esteri organici ed inorganici.
Esempi di plastificanti sono glicerina,diglicerolo, poliglicerolo, pentaritritolo, poliglicerolo etossilato, etilene glicole, polietilene glicole, 1,2-propandiolo, 1,3-propandiolo, 1,4-butandiolo, neopentilglicole, sorbitolo monoacetato, sorbitolo diacetato, sorbitolo monoetossilato, sorbitolo dietossilato, e miscele di questi.
La composizione secondo la presente invenzione può inoltre contenere additivi, ad esempio filler, agenti disperdenti, agenti ramificanti (crosslinking agents) tensioattivi, agenti antischiuma, agenti sospensivanti, agenti addensanti, agenti preservanti, pigmenti e coloranti. Per quanto concerne i filler, essi possono essere inorganici e/o organici. Esempi di filler inorganici particolarmente preferiti sono: talco, argille, silice, mica, caolino, diossido di titanio e wollastonite. I filler organici preferiti sono derivanti da materie prime di origine rinnovabile quali ad esempio fibre di cellulosa.
I tensioattivi sono vantaggiosamente scelti tra i tensioattivi anionici, cationici e non ionici. I tensioattivi cationici generalmente consistono di un catione ingombrante spesso contenente una lunga catena alchilica (ad esempio un ammonio quaternario, un sale di fosfonio o solfonio). Nella maggior parte dei casi l’anione à ̈ lo ione cloruro, solfato, o nitrato. I tensioattivi anionici sono costituiti generalmente da alchil, aril, alchil aril, stiril, di o tristiril solfonati, solfati, fosfati, fosfonati, ditiocarbamati,carbossilati neutralizzati generalmente da metalli alcalini o alcalino terrosi, ammine, alcanolammine.
Esempi di tensioattivi non ionici sono costituiti dai prodotti appartenenti alle classi degli esteri ed eteri polietossilati, alchilpoliglucosidi, derivati del sorbitolo e del saccarosio, esteri o ammidi di acidi grassi, mono e digliceridi di ammine grasse, alchil fenoli etossilati, di o tristirilfenolietossilati , copolimeri a blocchi eto-propossilati
Esempi di agenti antischiuma includono gli antischiuma siliconici, e sali di acidi grassi.
Pigmenti e coloranti o stabilizzanti del colore possono essere anche aggiunti se necessario, ad esempio biossido di titanio, argille, calcio carbonato, talco, mica, silice, silicati, ossidi e idrossidi di ferro, nerofumo e ossido di magnesio.
La composizione secondo la presente invenzione à ̈ ottenibile tramite processi di estrusione di un fuso comprendente amido e polimeri contenenti gruppi idrofilici intercalati con sequenze idrofobiche e fornendo, durante detta estrusione, un energia specifica maggiore di 0,15 Kw.h/kg.
La preparazione per estrusione della composizione avviene ad esempio a temperature comprese tra 120-210 °C e preferibilmente tra 140 e 190 °C. Estrusori adatti ad essere utilizzati per la realizzazione della composizione secondo la presente invenzione sono estrusori sia mono che bi-vite preferibilmente dotati di viti aventi un profilo “reverse†.
La composizione secondo la presente invenzione può essere applicata sui substrati cartacei secondo uno qualsiasi dei processi noti all’esperto del ramo. Preferibilmente, la composizione viene applicata in forma di dispersione acquosa utilizzando le metodiche di patinatura della carta quali ad esempio i processi a lama o a film.
Detti processi di patinatura comprendono le fasi di:
i. depositare su almeno una delle facce di un substrato cartaceo uno strato della composizione di rivestimento secondo la presente invenzione;
ii. asciugare il substrato cartaceo comprendente almeno uno strato della composizione di rivestimento secondo la presente invenzione.
Per quanto riguarda la fase di deposizione, possono essere vantaggiosamente utilizzati sistemi di deposizione mediante uno o più rulli applicatori (ad es. tipo size press, film press), a getto (ad es. tipo jet flow), a stampa offset od una qualsiasi combinazione di questi. Dopo la deposizione, il processo di patinatura può inoltre vantaggiosamente comprendere la rimozione dal substrato cartaceo di una parte della composizione di rivestimento depositata, con ciò consentendo la regolazione della grammatura della carta ed allo stesso tempo uniformando lo spessore dello strato di rivestimento (c.d. livellamento). La fase rimozione può vantaggiosamente essere effettuata mediante una o più lame metalliche, mediante uno o più getti d’aria (c.d. tecnologia air-blade) o mediante una o più lame d’aria (c.d. tecnologia airknife) o una qualsiasi combinazione di questi.
Per quanto riguarda la fase di asciugatura del substrato cartaceo patinato, possono essere vantaggiosamente utilizzati sistemi ad irraggiamento, preferibilmente a raggi infrarossi, per convezione, preferibilmente mediante aria calda, o per contatto, preferibilmente con cilindri essiccatori, o una qualsiasi combinazione di questi.
In una forma di realizzazione particolarmente preferita, la presente invenzione si riferisce ad un processo di patinatura comprendente le fasi di:
i. depositare su almeno una delle facce del substrato cartaceo uno strato della composizione di rivestimento secondo la presente invenzione mediante uno o più rulli applicatori;
ii. rimuovere una parte della composizione di rivestimento depositata sul substrato cartaceo mediante uno o più lame d’aria;
iii. asciugare, mediante un sistema selezionato tra irraggiamento, convezione o contatto o una qualsiasi combinazione di questi, il substrato cartaceo comprendente almeno uno strato della composizione di rivestimento secondo la presente invenzione
In una forma di realizzazione particolarmente preferita, la composizione di rivestimento secondo la presente invenzione viene depositata in forma di dispersione acquosa come quelle più sopra descritte.
Il laminato cartaceo ottenuto dai processi di patinatura più sopra richiamati comprende almeno un supporto di tipo cartaceo ed almeno uno strato che comprende amido destrutturato in forma complessata con polimeri contenenti gruppi idrofilici intercalati con sequenze idrofobiche. Grazie alle caratteristiche della composizione secondo l’invenzione, detto laminato mostra uno strato di rivestimento omogeneo ed elevate proprietà barriera a composti idrocarburici saturi ed aromatici con ciò risultando particolarmente utile per la realizzazione di imballaggi nel settore alimentare.
Detto laminato cartaceo può inoltre essere vantaggiosamente sottoposto a ulteriori trattamenti di extrusion coating e/o extrusion lamination con materiali polimerici biodegradabili quali ad esempio i poliesteri descritti nella domanda di brevetto WO 2009/118377, così da realizzare uno strato barriera particolarmente efficace nei confronti dell’acqua che renda detto laminato adatto anche per l’imballaggio di liquidi e di vari tipi di cibi quali fra gli altri, carne, gelato, yogurt e cibi particolarmente sensibili all’ossidazione e/o all’umidità come biscotti, caffà ̈ e patatine fritte.
Ai sensi della presente invenzione, con l’espressione “substrato cartaceo†vengono qui ricompresi tutti i materiali costituiti da materie prime fibrose vegetali, ad esempio fibre di cellulosa.
In una forma di realizzazione preferita la composizione di rivestimento à ̈ biodegradabile con ciò risultando particolarmente adatta alla realizzazione di prodotti laminati cartacei biodegradabili in compostaggio ai sensi della Norma EN 13432.

Claims (3)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Processo di patinatura di un substrato cartaceo comprendente le fasi di: i. depositare su almeno una delle facce del substrato cartaceo uno strato di una composizione di rivestimento comprendente amido destrutturato in forma complessata con polimeri contenenti gruppi idrofilici intercalati con sequenze idrofobiche; ii. asciugare detto substrato cartaceo comprendente almeno uno strato di detta composizione di rivestimento.
  2. 2. Processo di patinatura di un substrato cartaceo, comprendente le fasi di: i. depositare su almeno una delle facce del substrato cartaceo uno strato di una composizione di rivestimento comprendente amido destrutturato in forma complessata con polimeri contenenti gruppi idrofilici intercalati con sequenze idrofobiche mediante uno o più rulli applicatori; ii. rimuovere una parte della composizione di rivestimento depositata sul substrato cartaceo mediante uno o più lame d’aria; iii. asciugare, mediante un sistema selezionato tra irraggiamento, convezione o contatto o una qualsiasi combinazione di questi, detto substrato cartaceo comprendente almeno uno strato di detta composizione di rivestimento.
  3. 3. Processo di patinatura secondo ciascuna delle rivendicazioni 1 e 2, in cui la composizione di rivestimento à ̈ depositata in forma di dispersione acquosa.
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