ES2259814T3 - Fotoiniciadores de baja migracion para composiciones desoxigenantes. - Google Patents
Fotoiniciadores de baja migracion para composiciones desoxigenantes.Info
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Abstract
Una composición adecuada para eliminación de oxígeno mientras se inhibe la migración de sus componentes como un elemento de empaque que comprende un compuesto orgánico oxidable, un catalizador con metal de transición y un fotoiniciador seleccionado entre las benzofenonas representadas por la fórmula: i) al menos un R1, R2, R3, R4 o R5 se selecciona independientemente entre alquilo C2-C18, alcoxi C2-C18, un fenoxi, un hidrocarburo alicíclico C5-C7, un alcarilo o un grupo éster C2-C18, y los restantes de dichos R1, R2, R3, R4 y R5 son átomos de hidrógeno; y cada R6, R7, R8, R9 y R10 es un átomo de halógeno o de hidrógeno; o ii) al menos un R1, R2, R3, R4 o R5 y al menos un R6, R7, R8, R9 o R10 se seleccionan cada uno independientemente entre alquilo C1-C18, alcoxi C1-C18, un fenoxi, aliciclo C5-C7, un alcarilo o un grupo éster C1-C18 y los restantes de dichos grupos son cada uno átomos de halógeno o de hidrógeno; iii) cada uno de los grupos hidrocarburo anteriores puede estar completamente saturado o puede contener insaturación etilénica dentro de la cadena hidrocarbonada; con la condición de que iv) 4,4¿-dimetilbenzofenona y 4,4¿-dimetoxibenzofenona sean excluidos.
Description
Fotoiniciadores de baja migración para
composiciones desoxigenantes.
La invención se relaciona con composiciones,
artículos y métodos para eliminar oxígeno en ambientes que contienen
productos sensibles al oxígeno, particularmente productos
alimenticios y bebidas. Inesperadamente se ha encontrado que la
incorporación de ciertos derivados de benzofenona dentro de una
resina para la eliminación de oxígeno, provoca períodos de
iniciación cortos para la eliminación del oxígeno y una migración
reducida del iniciador y de sus subproductos a partir de las
composiciones de la resina.
La presente invención se relaciona con
composiciones para la eliminación de oxígeno, para composiciones
poliméricas que contienen dichas composiciones para la eliminación
del oxígeno, y además para intermediar estructuras moldeadas, por
ejemplo, películas, recubrimientos, sólidos tridimensionales,
fibras, redes, y similares que contienen tales composiciones
poliméricas, así como para productos moldeados, dentro o sobre, y
donde dichas composiciones o estructuras se incorporan o se
aplican, respectivamente, por ejemplo, en artículos para empaque,
que tienen a las composiciones objetivo incorporadas como parte de,
o unidas a la estructura del artículo.
Se sabe bien que limitando la exposición de los
materiales sensibles al oxígeno al oxígeno, mantiene y mejora la
calidad y la "estabilidad en almacenamiento" del material. Por
ejemplo, limitando la exposición al oxígeno de productos
alimenticios sensibles al oxígeno en sistemas de empaque que
incorporan un material o composición capaz de eliminar oxígeno, la
calidad del producto alimenticio se mantiene y se evita el deterioro
de alimento por períodos largos. Además, tales sistemas de empaque
permiten mantener el producto en inventario durante más tiempo y,
por lo tanto, se reducen los costos en que se incurre por el
desperdicio y por tener que abastecerse de nuevo. En la industria
del empaque de alimentos, ya se han desarrollado diferentes métodos
para limitar la exposición al oxígeno. Actualmente, los medios más
comúnmente usados son empaque de atmósfera modificada (MAP), y
empaques al vacío acoplados con el uso de películas de barrera para
el oxígeno. En estos casos, se emplean ambientes reducidos en
oxígeno al momento del empacado y las películas de barrera para el
oxígeno evitan físicamente que entre el oxígeno al ambiente del
empaque durante el almacenamiento.
Otros medios más recientes para limitar la
exposición al oxígeno involucran la incorporación de un eliminador
de oxígeno dentro de la estructura del empaque. El término
"eliminador de oxígeno" o "eliminador", como se lo utiliza
en la presente descripción y en las reivindicaciones anexas, se
refiere a los compuestos y composiciones que son capaces de
consumir, agotar o reducir la cantidad de oxígeno presente en un
ambiente dado. La incorporación de un eliminador en un empaque (por
ejemplo, como parte de una película que forma al empaque, o al menos
una capa de un laminado que forma al empaque, o como un
recubrimiento al menos sobre una porción de la estructura del
empaque) puede proveer un medio para eliminar oxígeno de la cámara
de aire del empaque así como proveer un efecto uniforme de
eliminación a través del empaque. Además, la incorporación de un
eliminador puede proveer un medio de interceptación y de
eliminación del oxígeno en la medida en que pasa a través de las
paredes del empaque (al cual se hace referencia de ahora en
adelante como a una "barrera activa contra el oxígeno") para
mantener el nivel de oxígeno más bajo posible en todo el
empaque.
Ejemplos de composiciones eliminadoras de
oxígeno incorporadas dentro de una pared para la eliminación de
oxígeno son ilustrados en las Solicitudes Europeas 301.719 y
380.319; en las PCT 90/00578 y 90/00504, y en las patentes
estadounidenses Nos. 5.021.515 y 5.049.624. Las composiciones para
eliminación de oxígeno reveladas en estas publicaciones comprenden
una poliamida y un metal de transición como catalizador. Una pared
de un empaque que contiene tales composiciones, regula la cantidad
de oxígeno que alcanza el interior del empaque. Sin embargo, el
comienzo de la actividad útil por esta pared para la eliminación de
oxígeno, esto es aproximadamente hasta 5 centímetros cúbicos (cc)
de oxígeno por metro cuadrado por día en condiciones ambientales,
pueden no ocurrir por períodos de 30 días. Ésta demora antes del
comienzo de la eliminación útil del oxígeno es denominado de ahora
en adelante como el período de inducción. Un período de inducción
tan extendido no es generalmente deseado.
Otras composiciones para la eliminación del
oxígeno comprenden un metal de transición como catalizador y un
compuesto etilénicamente insaturado, por ejemplo polibutadieno,
poliisopreno, aceite de ricino deshidratado, etc., como se describe
en la patente estadounidense No. 5.346.644, exhiben también largos
períodos de inducción. Por ejemplo, cuando el eliminador de oxígeno
comprende un polibutadieno, el período de inducción puede exceder
de treinta días. Los eliminadores que comprenden poliisopreno o
aceite de ricino deshidratado tienen típicamente períodos de
inducción aproximadamente de uno a catorce días. La duración del
período de inducción depende de varios factores, algunos de los
cuales no se comprenden o se controlan completamente. Por lo tanto,
cuando se utilizan películas o artículos que contienen
composiciones eliminadoras de oxígeno que tienen períodos de
incubación largos, se requiere mantener a las películas y a los
artículos en inventario por un período de tiempo antes de usarlos
con el propósito de proveer un comportamiento de eliminación
confiable requerido para proteger al material sensible al oxígeno en
un empaque. Por otro lado, cuando se utilizan empaques que
incorporan películas o artículos que contienen composiciones
eliminadoras que tienen períodos de inducción cortos, el empaque,
las películas y los artículos, según sea el caso, tendrán que ser
preparados rápidamente y colocados en uso en un período de tiempo
corto, algunas veces inmediatamente o almacenados en una atmósfera
libre oxígeno con el propósito de lograr la máxima efectividad como
eliminadores.
Un método descrito para iniciar la eliminación
por demanda en empaques para alimentos sensibles al oxígeno u otros
materiales, involucran la incorporación del caucho fotooxidable, por
ejemplo, cis-1,4-poliisopreno, y un
colorante fotosintetizador en la superficie interior de un empaque y
luego exponer lo a luz visible. Ver Rooney, M. L., "Oxygen
Scavenging: A Novel Use of Rubber
Photo-oxidation", Chemistry and Industry, Marzo
20, 1982, págs. 197-198. Sin embargo, mientras que
este método permite iniciar la eliminación de oxígeno cuando se
desee, requiere de exposición constante del empaque a la luz para
mantener el efecto eliminador. Tal requisito no es adecuado para
aplicaciones comerciales. Además, el requisito de utilizar un
colorante hace difícil emplear este método para aplicaciones que
requieran de empaques incoloros, especialmente el empaque
transparente comúnmente utilizado comercialmente con productos
alimenticios y bebidas.
Un método para iniciar la eliminación de oxígeno
por medio de composiciones que comprenden compuestos orgánicos
oxidables y catalizadores de metales de transición es revelado en la
patente estadounidense No. 5.211.875. La referencia explica un
método para iniciar la eliminación de oxígeno por medio de la
administración de una dosis de radiación actínica. Las
composiciones para la eliminación de oxígeno son convenientes
preparadas por medio de la composición de una resina(s) para
eliminación, de un catalizador con un metal de transición y,
opcionalmente, un fotoiniciador. La eliminación se inicia sometiendo
al empaque, película o artículo que contiene a las composiciones
para eliminación a radiación actínica. Sin embargo, las
composiciones para eliminación de oxígeno preparadas por medio de
esta referencia, exhiben un nivel indeseablemente alto de migración
del fotoiniciador y/o de sus subproductos desde el material del
empaque, particularmente cuando se los utiliza para empacar
sustancias grasosas.
Es altamente deseable proveer una composición
mejorada para la eliminación de oxígeno, adecuada para ser utilizada
en empaques, películas y en artículos. La composición debe proveer
la capacidad de una actividad útil para eliminación de oxígeno
dentro de períodos de inducción cortos después de la irradiación.
Además, la composición debe ser capaz de retener a los componentes
activos y a los subproductos de la irradiación dentro de una matriz
polimérica utilizada como transportadora para la composición
eliminadora.
Un objetivo de la invención es la de proveer
nuevos métodos y composiciones que sean efectivos para controlar
las propiedades de eliminación del oxígeno de una película o de
otros artículos de empaque.
También es un objetivo de la invención el
proveer una composición capaz de tener eliminación de oxígeno
iniciada sobre demanda, y exhibir un período de inducción
relativamente corto.
También es un objetivo de la presente invención
la de proveer una composición capaz de retener a los componentes
activos y a los subproductos de irradiación dentro de la matriz
polimérica utilizada como transportadora para composición de
eliminación.
También es un objetivo de la presente invención
la de emplear estos métodos y composiciones en películas, empaques
y artículos que contienen productos sensibles al oxígeno.
Los objetivos anteriormente mencionados se
obtienen a partir de una composición para eliminación de oxígeno
que comprende una combinación de un compuesto orgánico oxidable, un
catalizador de metal de transición, y ciertas benzofenonas
sustituidas, como se describirá completamente aquí más adelante.
Además, los objetivos anteriormente mencionados se logran por medio
de un método que emplea diseños de películas de una o de múltiples
capas y artículos que contienen a las composiciones objetivo para la
eliminación de oxígeno, especialmente aquellas utilizadas para el
empaque de productos sensibles al oxígeno.
La presente invención provee composiciones
mejoradas para la eliminación de oxígeno que comprenden (a) un
compuesto orgánico oxidable, (b) un catalizador de metal de
transición, y (c) un fotoiniciador que es al menos un derivado
sustituido de benzofenona, como se describirá aquí completamente más
adelante.
Cuando la composición que comprende (a), (b) y
(c) establecida anteriormente es utilizada con, o en un empaque, o
como parte de una película, tal como al menos una capa de una
película, pueden prepararse nuevos artículos para empacar productos
sensibles al oxígeno. Cuando se utilizan estos artículos con el
método descrito aquí, el artículo regula la exposición al oxígeno
actuando como una barrera activa contra el oxígeno o medios para
eliminar el oxígeno dentro del artículo, o ambos.
Los objetivos mencionados anteriormente y otros,
serán evidentes a partir de la descripción que viene a
continuación.
La presente invención provee una nueva
composición para eliminar oxígeno capaz de tener una actividad para
eliminación del oxígeno iniciada sobre demanda, que exhiba períodos
de inducción cortos, y que sea capaz de retener a los componentes
activos y a sus subproductos de irradiación dentro de la matriz del
polímero actuando como transportador para la composición
eliminadora.
La composición comprende una combinación al
menos de un (a) compuesto orgánico oxidable, (b) al menos un
catalizador de metal de transición, y (c) un fotoiniciador
compuesto al menos de una benzofenona sustituida, como se describe
completamente aquí más adelante.
Los compuestos oxidables incluyen, pero no se
limitan necesariamente a, compuestos de carbono que contienen
hidrógeno bencílico, arílico y/o terciario. Compuestos específicos
incluyen polímeros y copolímeros de olefinas alfa. Ejemplos de
tales polímeros son el polietileno de baja densidad, el polietileno
de muy baja densidad, y el polietileno de ultra baja densidad;
polipropileno; polibutileno, esto es,
poli(1-buteno); copolímeros de propileno;
copolímeros de etileno/propileno ("EPC"); copolímeros de
butileno; dieno polímeros hidrogenados; y similares.
Los compuestos oxidables adecuados también
incluyen poliamidas tales como las poliamidas aromáticas, por
ejemplo meta-xileno adipamida. Otras poliamidas adecuadas
son reveladas en la Solicitud Europea de Patente 301.719.
Se prefiere utilizar particularmente un
compuesto hidrocarbonado etilénicamente insaturado sustituido o no
sustituido como el compuesto oxidable de esta invención. Como se
define aquí, un hidrocarburo insaturado etilénicamente no
sustituido es cualquier compuesto que posee al menos un doble enlace
carbono-carbono alifático y es en un 100% en peso
carbono e hidrógeno. Un hidrocarburo insaturado etilénicamente
sustituido se define aquí como un hidrocarburo etilénicamente
insaturado que posee al menos un doble enlace
carbono-carbono alifático e incluye aproximadamente
entre 50%-99% en peso de carbono e hidrógeno. Los hidrocarburos
etilénicamente insaturados sustituidos o no sustituidos son aquellos
que tienen dos o más grupos etilénicamente insaturados por molécula.
Más preferiblemente, es un compuesto polimérico que tiene tres o
más grupos etilénicamente insaturados y un peso molecular promedio
igual a, o mayor que 1.000.
Los hidrocarburos etilénicamente insaturados
sustituidos preferidos incluyen, pero no se limitan a aquellos con
fracciones que contienen oxígeno, tales como ésteres, ácidos
carboxílicos, aldehídos, éteres, cetonas, alcoholes, peróxidos, y/o
hidroperóxidos. Los ejemplos específicos de tales hidrocarburos
incluye pero no se limitan a, polímeros de condensación tales como
poliésteres derivados de monómeros que contienen dobles enlaces
carbono-carbono; los ácidos grasos insaturados tales
como los ácidos oleico, ricinoleico, ricinoleico hidratado, y
linoleico y derivados de los mismos, por ejemplo ésteres. Tales
hidrocarburos también incluyen polímeros o copolímeros derivados de
(met)alil (met)acrilatos. Los polímeros adecuados para
la eliminación de oxígeno pueden elaborarse por medio de
transesterificación, como se revela en WO 95/02616.
La composición para eliminar oxígeno puede
incluir también una mezcla de dos o más compuestos orgánicos
oxidables, tales como una mezcla de hidrocarburos etilénicamente
insaturados sustituidos o no sustituidos descritos anteriormente.
Mientras que se prefiere un peso promedio de peso molecular de 1.000
o más, puede utilizarse un hidrocarburo etilénicamente insaturado
que tiene un peso molecular menor, siempre que se mezcle con un
polímero para formar una película o una mezcla de polímeros.
Se prefiere utilizar hidrocarburos
etilénicamente insaturados que son capaces de formar capas
transparentes sólidas a temperatura ambiente cuando se utiliza la
composición en artículos para empaque. Para la mayoría de las
aplicaciones en donde es necesaria la transparencia, se prefiere una
capa que permita una transmisión al menos del 50% de luz
visible.
Cuando se elaboran capas transparentes para
eliminación de oxígeno de acuerdo con esta invención, se prefiere
esencialmente 1,2-polibutadieno al menos como una
porción del compuesto orgánico oxidable (a) para utilizar a
temperatura ambiente. El 1,2-polibutadieno puede
exhibir transparencia, propiedades mecánicas y características de
procesamiento similares a aquellas del polietileno. Además, se
encuentra que este polímero retiene su transparencia e integridad
mecánica aún después de que la mayor parte o toda su capacidad de
oxigenación ha sido consumida, y aún cuando está presente poca o
ninguna resina diluyente (como se describe más abajo). Más aún,
1,2-polibutadieno exhibe una capacidad
relativamente alta de oxigenación y, una vez que ha empezado a
eliminarse, exhibe también una velocidad relativamente alta de
eliminación.
Cuando se desee una eliminación de oxígeno a
bajas temperaturas, se prefieren 1,4-polibutadieno,
y copolímeros tanto de estireno con butadieno como estireno con
isopreno. Tales composiciones son reveladas en la patente
estadounidense No. 5.310.497. En muchos casos puede ser deseable
mezclar los polímeros anteriormente mencionados con un polímero o
copolímero de etileno.
Como se indicó anteriormente, el(los)
compuesto(s) orgánico(s) oxidable(s) se
combina(n) con un catalizador de un metal de transición.
Mientras no esté relacionado con ninguna teoría en particular, los
inventores observan que los catalizadores metálicos adecuados son
aquellos que pueden interconvertirse fácilmente entre al menos dos
estados de oxidación. Ver Sheldon, R. A.; Kochi, J. K.;
"Metal-Catalyzed Oxidations of Organic
Compounds" Academic Press, New York 1981.
Preferiblemente, el catalizador está en la forma
de una sal de un metal de transición, con el metal seleccionado de
la primera, segunda o tercera serie de transición de la Tabla
Periódica. Los metales adecuados incluyen, pero no se limitan a,
manganeso II o III, hierro II o III, cobalto II o III, níquel II o
III, cobre I o II, rodio II, III o IV, y rutenio. El estado de
oxidación del metal cuando es introducido, no es necesariamente
aquel de la forma activa. El metal es preferiblemente hierro, níquel
o cobre, más preferiblemente manganeso y el más preferible,
cobalto. Los contraiones adecuados para el metal incluyen, pero no
se limitan a, cloro, acetato, estearato, palmitato, caprilato,
linoleato, talato, 2-etilhexanoato, neodecanoato,
oleato o naftenato. Las sales particularmente preferibles incluyen
cobalto (II) 2-etilhexanoato y cobalto (II)
neodecanoato. La sal del metal también puede ser un ionómero, en el
cual se emplea un contraión polimérico. Tales ionómeros son bien
conocidos en el estado de la técnica.
La presente composición contiene además un
fotoiniciador compuesto al menos de un derivado sustituido de
benzofenona. Las benzofenonas derivadas encontradas útiles en la
presente composición pueden presentarse por medio de la siguiente
fórmula estructural:
en
donde:
- i)
- al menos un R^{1}, R^{2}, R^{3}, R^{4} o R^{5} se selecciona independientemente entre alquilo C_{2}-C_{18}, alcoxi C_{2}-C_{18}, un fenoxi, un hidrocarburo alicíclico C_{5}-C_{7}, un alcarilo o un grupo éster C_{2}-C_{18}, y los restantes de dichos R^{1}, R^{2}, R^{3}, R^{4} y R^{5} son átomos de hidrógeno; y cada R^{6}, R^{7}, R^{8}, R^{9} y R^{10} es un átomo de halógeno o de hidrógeno; o
- ii)
- al menos un R^{1}, R^{2}, R^{3}, R^{4} o R^{5} y al menos un R^{6}, R^{7}, R^{8}, R^{9} o R^{10} se seleccionan cada uno independientemente entre alquilo C_{1}-C_{18}, alcoxi C_{1}-C_{18}, un fenoxi, aliciclo C_{5}-C_{7}, un alcarilo o un grupo éster C_{1}-C_{18} y los restantes de dichos grupos son cada uno átomos de halógeno o de hidrógeno.
Por lo tanto, los derivados expuestos de
benzofenona de la presente composición para eliminación de oxígeno
deben ser al menos un derivado C_{5} de benzofenona que requiere
tener al menos un grupo hidrocarburo suspendido capaz de cumplir
con este requerimiento, suspendido de uno de los grupos bencílicos,
o preferiblemente, de cada uno de los grupos bencílicos, de la
benzofenona. Cada grupo suspendido puede seleccionarse de los grupos
que contienen un hidrocarburo seleccionado entre aquellos descritos
anteriormente. Se prefiere tener al menos a uno de tales grupos
sobre cada grupo bencílico como lo estipulado por el subpárrafo
anterior (ii). Los grupos alquilo adecuados son, por ejemplo,
metilo [para la modalidad (ii)], etilo, propilo, isopropilo, butilo,
t-butilo, pentilo, dodecilo, hexadecilo, octadecilo
y similares; un grupo alcoxi C_{1}-C_{18}, como
por ejemplo metoxi [para la modalidad (ii)], etoxi, propoxi, butoxi,
dodeciloxi y similares; grupos alicíclicos
C_{5}-C_{7}, como por ejemplo, ciclopentilo,
ciclohexilo, cicloheptilo y similares; alcarilo que tienen un grupo
suspendido alquil C_{1}-C_{6} tal como, por
ejemplo, toluenilo y similares; o un éster que puede ser ya sea
-C(O)OR^{7} o -OC(O)R^{7} en donde
R^{7} es un hidrocarburo C_{1}-C_{18} [para la
modalidad (ii) anterior] o un hidrocarburo
C_{2}-C_{18}. Cada uno de los grupos
hidrocarburo anteriores puede estar completamente saturado o puede
contener una insaturación etilénica dentro de la cadena del
hidrocarburo como, por ejemplo, un grupo propilo puede ser también
visto como un grupo alilo, un grupo C_{18} puede ser visto también
como estearato u oleato y manifestarse. La sustitución con un átomo
de halógeno [aplicable para la modalidad (1)] puede ser cloro,
bromo, o similares.
Los derivados de benzofenona que son adecuados
para la presente composición mejorada de eliminación de oxígeno
incluyen, por ejemplo, 2,2'-dietilbenzofenona,
4,4'-difenoxibenzofenona,
4-aliloxibenzofenona,
4,4'-dialiloxibenzofenona;
4-dodecilbenzofenona,
4,4'-diciclohexilbenzofenona,
4,4'-diacetilbenzofenona,
4-tolilbenzofenona, y similares. Los derivados
expuestos de benzofenona que se encontraron útiles en la presente
invención deben ser compatibles con el compuesto orgánico oxidable,
y exhibir un grado de migración aproximadamente de 500 ppb o menos
cuando se somete a un estimulante al alimento bajo condiciones de
estimulación del alimento, como lo propuesto por la Administración
de Alimentos y Drogas de los Estados Unidos (FDA) o por otra agencia
gubernamental pertinente.
La composición expuesta para eliminación de
oxígeno puede combinarse además con uno o más diluyentes
poliméricos, tales como los polímeros termoplásticos que son
típicamente utilizados para formar capas de película en artículos
plásticos para empaque. En la fabricación de ciertos artículos para
empaque pueden utilizarse también termoendurecibles bien conocidos
como el diluyente polimérico.
Pueden incorporase antioxidantes dentro de la
composición expuesta así como películas y artículos que contienen a
la composición de esta invención para controlar la iniciación de la
eliminación. Un antioxidante, como se lo define aquí, es cualquier
material que inhibe la degradación oxidativa o el entrecruzamiento
de los polímeros. Típicamente, tales antioxidantes son añadidos
para facilitar el procesamiento de los materiales poliméricos y/o
prolongar su tiempo de vida útil. En relación con esta invención,
tales aditivos inhiben la iniciación del periodo de inducción para
la eliminación del oxígeno en ausencia de irradiación. Entonces,
cuando se requiere de las propiedades de eliminación del artículo o
de la capa, la capa por el artículo tienen a la composición expuesta
y el fotoiniciador incorporado puede ser expuesto a la
radiación.
Cuando se incorpora un antioxidante dentro de la
composición (ya sea directamente o a través de un diluyente
polimérico o similar que forma parte de la matriz polimérica que
contiene a la composición para la eliminación del oxígeno), debe
ser utilizado en una cantidad efectiva para permitir el
procesamiento y la vida deseada en almacenamiento sin una oxidación
significativa, mientras que no interfiere en la activación por
irradiación. La cantidad exacta dependerá en particular del
compuesto orgánico oxidable, de las condiciones del procesamiento,
del tiempo de almacenamiento deseado antes del uso y de la cantidad
de fotoiniciador presente en la composición. La cantidad exacta
para una situación particular puede ser determinada fácilmente por
medio de simple experimentación. Los ejemplos de antioxidantes
adecuados para uso son, por ejemplo, fenoles obstruidos, tales como,
2,6-di(t-butil)-4-metilfenol(BHT),
2,2'-metilén-bis(6-t-butil-p-cresol);
fosfitos, tales como, trifenilfosfito,
tris-(nonilfenil)fosfito; y tioles, tales como,
dilauriltiodipropionato y similares.
La composición de esta invención puede ser
utilizada como una película o una capa para eliminación de oxígeno,
por sí misma, o en combinación con polímeros diluyentes que forman
películas. Tales polímeros son termoplásticos y hacen a la película
más adaptable para ser utilizada como capas para empacado. También
pueden ser, hasta cierto grado, oxidables, y por lo tanto ponderados
dentro de la formulación eliminadora de oxígeno como un compuesto
orgánico oxidable. Los diluyentes adecuados incluyen, pero no se
limitan a, polietileno, polietileno de baja densidad, polietileno de
muy baja densidad, polietileno de ultra baja densidad, polietileno
de alta densidad, tereftalato de polietileno (PET), cloruro de
polivinilo, y copolímeros de etileno tales como acetato de
vinil-etileno, etilén-alquil
(met)acrilatos, ácido de metilén-(met)acrilato y
ionómeros del ácido etilén-(met)acrílico. Se utilizan a
menudo en artículos rígidos tales como los contenedores PET para
bebidas. Pueden utilizarse también mezclas de diferentes diluyentes.
Sin embargo, la selección del diluyente polimérico depende mucho
del artículo que va a ser fabricado y del uso final del mismo. Tales
factores de selección son bien conocidos en el estado de la técnica.
Por ejemplo, la claridad, limpieza, efectividad como eliminador de
oxígeno, propiedades de barrera, propiedades mecánicas y/o textura
del artículo pueden afectarse adversamente por una mezcla que
contiene un polímero diluyente que es incompatible con el compuesto
orgánico oxidable.
Otros aditivos que también pueden ser incluidos
en las capas eliminadoras de oxígeno incluyen, pero no
necesariamente se limitan a, rellenos, pigmentos, materiales
colorantes, estabilizadores, auxiliares de procesamiento,
plastificantes, retardantes de fuego, agentes antiniebla, y
similares.
La composición expuesta para eliminación de
oxígeno se ha encontrado que es sustancialmente no migratoria en la
película o en el artículo para empaque durante uso normal. Por lo
tanto, inesperadamente se ha encontrado que el componente
fotoiniciador actualmente utilizado y los subproductos formados
después de someter a la composición a irradiación para iniciar la
oxidación permanecen dentro la composición para eliminación de
oxígeno o de la capa que la contiene. Por lo tanto, una película
que tiene una pluralidad de capas, una de las cuales es una capa
para eliminación de oxígeno, no muestra una significativa migración
del fotoiniciador desde la capa para eliminación de oxígeno hasta
las otras capas de la película. La película resultante puede, de ese
modo, ser almacenada antes de someterla a irradiación y usarla como
material de empaque sin perdida de actividad potencial asociada con
el iniciador. Además, se ha encontrado que las composiciones
expuestas se activan fácilmente sometiéndolas a radiación
ultravioleta y para suministrarles propiedades para eliminación de
oxígeno sin que el iniciador residual o los subproductos formados
dentro de la capa para eliminación de oxígeno migren dentro del
material alimenticio, especialmente material graso, durante el uso
normal.
Para preparar capas y artículos para eliminación
de oxígeno, los componentes deseados de los mismos son
preferiblemente mezcladas por fusión a una temperatura en el rango
de 50ºC a 300ºC. Sin embargo, también se pueden emplear alternativas
tales como el uso de un solvente seguido por evaporación. La mezcla
puede anteceder inmediatamente a la formación del artículo
terminado o a la formación previa o preceder la formación de una
materia prima o mezcla madre para utilizarla luego en la producción
de artículos de empaque terminados. Cuando se utiliza la
composición de la mezcla para elaborar capas de película o
artículos, seguirían típicamente a la mezcla la
(co)extrusión, el vaciado con solvente, el moldeo por
inyección, el moldeo de estiramiento por soplado, la orientación,
el termoformado, el recubrimiento por extrusión, recubrimiento y
curado, laminación, laminación por extrusión o combinaciones de los
mismos.
Las cantidades de los componentes que son
utilizados en las composiciones para eliminación del oxígeno, o las
capas, tienen efecto sobre el uso, la efectividad y los resultados
de este método. Por lo tanto, las cantidades de compuesto orgánico
oxidable, del catalizador con metal de transición y de
fotoiniciador, así como de cualquier antioxidante, diluyentes o
aditivos poliméricos, pueden variar dependiendo del artículo y de su
uso final.
Por ejemplo, la función primaria de un compuesto
orgánico oxidable de la composición para eliminación de oxígeno es
la de reaccionar en forma irreversible con el oxígeno durante el
proceso de eliminación, mientras que la función primaria del
catalizador con metal de transición es la de facilitar este proceso.
Por lo tanto, a gran escala, la cantidad de compuesto orgánico
oxidable afectará la capacidad de oxigenación de la composición,
esto es, afecta la cantidad de oxígeno que puede consumir la
composición. La cantidad del catalizador con metal de transición
afectará la velocidad a la cual se consume el oxígeno. Debido a que
afecta originalmente a la velocidad de eliminación, la cantidad de
catalizador con metal de transición puede también afectar al período
de inducción.
La cantidad de compuesto orgánico oxidable puede
estar en el rango de 1 a 99%, preferiblemente de 10 a 99% por peso
de la película, capa o artículo que contiene la composición para
eliminación del oxígeno de la presente invención. Por ejemplo, en
una película coextruida, la capa de eliminación incluiría a
la(s) capa(s) en la(s) cual(es) tanto
el compuesto orgánico oxidable, como el catalizador con metal de
transición y el fotoiniciador están presentes a la vez. Una
película, capa, o artículo que contienen a dicha composición es
mencionado aquí de ahora en adelante como un componente
eliminador.
La cantidad de catalizador con metal de
transición puede estar en el rango entre 0,001 a 1% (10 a 10.000
ppm) del componente eliminador, con base únicamente en el contenido
de metal (excluidos los ligandos, contraiones, etc.). En el evento
en que la cantidad de catalizador con metal de transición sea menor
al 1%, se sigue que el compuesto orgánico oxidable, y el derivado de
benzofenona así como cualquier diluyente y/o otros aditivos,
incluirán sustancialmente a todo el componente eliminador, esto es,
más del 99% como se indicó anteriormente para el compuesto orgánico
oxidable.
Los derivados expuestos de benzofenona actúan
como un fotoiniciador que tiene una función primaria de mejorar y
de facilitar la iniciación de la eliminación de oxígeno por
exposición a la radiación. La cantidad de fotoiniciador puede
variar. En muchos casos, la cantidad dependerá de los compuestos
oxidables utilizados, de la longitud de onda y de la intensidad de
la radiación utilizada, de la naturaleza y de la cantidad de
antioxidantes utilizados, así como del fotoiniciador particular
utilizado. La cantidad de fotoiniciador también depende de cómo se
utilice al componente eliminador. Por ejemplo, si el componente que
contiene al fotoiniciador es colocado debajo de una capa que es
algo opaca a la radiación utilizada, puede necesitarse más
iniciador. Para la mayoría de los propósitos, sin embargo, la
cantidad de fotoiniciador estará en el rango de 0,01 al 10%, más
preferiblemente en el rango de 0,1 al 1%, en peso de la composición
total. La cantidad exacta requerida puede ser determinada fácilmente
por el técnico y deberá ser suficiente para proveer un período de
inducción de menos de cinco días, preferiblemente menos de tres
días y más preferiblemente menos de un día.
La cantidad total de antioxidante que puede
estar presente en la composición puede afectar los resultados
obtenidos. Como se mencionó anteriormente, tales materiales
antioxidantes están usualmente presentes en los compuestos
orgánicos oxidables o en los polímeros diluyentes para evitar la
oxidación y/o la gelación de los polímeros antes del período de
inducción. Típicamente, ellos están presentes aproximadamente entre
el 0,01 al 1% en peso. Sin embargo, pueden añadirse también
cantidades adicionales de antioxidante si se desea lograr el
período de inducción que se describió anteriormente.
Cuando se utilizan uno o más polímeros
diluyentes, aquellos polímeros pueden incluir, en total, tanto como
el 99% en peso del componente eliminador.
Cualquier aditivo adicional empleado normalmente
no incluirá más del 10% del componente eliminador, siendo las
cantidades preferibles menores al 5% por peso del componente
eliminador.
El método de esta intención puede ser utilizado
con artículos para empaque utilizados en una variedad de campos.
Los artículos para empaque típicamente vienen en diferentes formas
que incluyen contenedores rígidos, bolsas flexibles, combinaciones
de ambas, etc. Los artículos rígidos o semirígidos típicos incluyen
plástico, papel o cajas de cartón o botellas tales como
contenedores para jugo, contenedores para bebidas sin alcohol,
bandejas termoformadas o tazas que tienen espesores de pared en el
rango de 100 a 1000 micrómetros. Las bolsas flexibles típicas
incluyen a aquéllas utilizadas para empacar muchos productos
alimenticios diferentes, y tendrán probablemente espesores de 5 a
250 micrómetros. Las paredes de tales artículos comprenden ya sea
una sola capa o múltiples capas de material.
El componente eliminador de la presente
invención puede ser utilizado como una capa eliminadora única o una
capa eliminadora como parte de un artículo de múltiples capas tal
como aquellos revelados en la patente estadounidense No.
5.350.622.
Los artículos de una sola capa pueden prepararse
por medio de vaciado por solvente o por medio de extrusión. Los
artículos de múltiples capas se preparan típicamente utilizando
coextrusión, recubrimiento, laminación o laminación por extrusión.
Las capas adicionales de un artículo de múltiples capas pueden
incluir capas de "barrera contra el oxígeno", esto es, aquéllas
capas de material que tienen una velocidad de transmisión del
oxígeno igual o menor a 500 centímetros cúbicos por metro cuadrado
por día por atmósfera (cc/(m^{2}-d.atm)) a
temperatura ambiente, esto es, aproximadamente 25ºC. Las barreras
típicas contra el oxígeno comprenden poli(etilén
vinilalcohol), poli(vinilalcohol), poliacrilonitrilo,
polivinilo cloruro, poli(vinilidén dicloruro), tereftalato
de polietileno, sílice, y poliamidas tales como Nylon 6, MXD6, y
Nylon 6,6. También pueden emplearse los copolímeros de ciertos
materiales descritos anteriormente, y capas de láminas
metálicas.
Otras capas adicionales pueden incluir una o más
capas que sean permeables al oxígeno. En una construcción preferida
para empaque, especialmente para empaques flexibles para alimento,
las capas incluyen, empezando en orden desde la parte de afuera del
empaque hasta la capa más interior (que está expuesta a la cavidad
dentro de un empaque formado adecuado para contener un material
empacado) del empaque, (i) una capa de barrera contra el oxígeno,
(ii) una capa para eliminación, esto es al componente de eliminación
como se lo definió anteriormente, y opcionalmente, (iii) una capa
permeable al oxígeno. El control del caudal de la barrera contra el
oxígeno de (i) permite un medio para regular la vida de eliminación
del empaque limitando la velocidad de entrada de oxígeno hasta el
componente para eliminación (ii), y así limitar la velocidad de
consumo de la capacidad de eliminación. El control de la
permeabilidad al oxígeno de la capa (iii) permite un medio para
establecer un límite superior sobre la velocidad de eliminación del
oxígeno para la estructura total, independiente de la composición
del componente para eliminación (ii). Esto puede servir el propósito
de extender la vida efectiva de manipulación de las películas en
presencia de aire antes de sellar el empaque. Además, la capa (iii)
puede proporcionar una barrera para la migración de los componentes
individuales en las películas para eliminación o los subproductos
de eliminación dentro del interior del empaque. Más aún, la capa
(iii) también mejora la capacidad de sellado al calor, la claridad
y/o la resistencia al bloqueo (la tendencia de la película a
adherirse a sí misma, especialmente durante el almacenamiento y la
manipulación) de la película multicapa. Por lo tanto, la capa (ii)
puede ser expuesta ya sea directa o indirectamente a la cavidad del
empaque formado.
Pueden utilizarse también más capas adicionales
tales como capas adhesivas. Las composiciones típicamente utilizadas
para las capas adhesivas incluyen poliolefinas anhídridas
funcionarizadas y otras capas adhesivas bien conocidas.
Una vez se han escogido y formulado los
componentes para la composición eliminadora deseada, la capa o el
artículo, el método de esta intención emplea la exposición de la
composición, la capa o el artículo, a radiación con el propósito de
iniciar la eliminación del oxígeno. La iniciación de la eliminación
del oxígeno de una composición eliminadora de oxígeno se define
aquí como una facilitación de la eliminación de tal manera que el
período de inducción para la eliminación del oxígeno se reduce
significativamente o se elimina. Como se indicó anteriormente, el
período de inducción es el período de tiempo antes de que la
composición eliminadora exhiba propiedades de eliminación
útiles.
La radiación utilizada en este método debe ser
luz ultravioleta que tiene una longitud de onda aproximadamente
desde 200 hasta 450 nanómetros (nm) y preferiblemente tiene una
longitud de onda aproximadamente desde 200 hasta 400 nm. Se
prefiere utilizar radiación UV en los rangos UVA, UVB o UVC. Como se
utilizan aquí, UVA significa una radiación que tiene una longitud
de onda aproximadamente de 315-400 nm; UVB tiene un
rango aproximadamente de 280-315 nm, y UVC tiene un
rango aproximadamente de 200-280 nm. Cuando se
emplea este método, es preferible exponer a la composición
eliminadora oxígeno al menos a 0,1 Joules por gramo del componente
eliminador. Una cantidad típica de exposición está en el rango de
10 a 200 Joules por gramo. La radiación también pueden ser un haz de
electrones con una dosificación aproximada de 0,2 a 20 megarads,
preferiblemente aproximadamente de 1 a 10 megarads. Otras fuentes
de radiación incluyen a la radiación ionizante, tal como los rayos
gama, rayos X, o una descarga en corona. La exposición a la
radiación se conduce preferiblemente en presencia de oxígeno. La
duración de la exposición depende de diferentes factores que
incluyen, pero no se limitan a, la cantidad y al compuesto
fotoiniciador específico presente, al espesor de las capas que van a
ser expuestas, a la cantidad de cualquier antioxidante presente, y a
la longitud de onda e intensidad de la fuente de radiación.
Cuando se utilizan capas o artículos para
eliminación del oxígeno, la exposición a la radiación puede ser
durante o después de que la capa o el artículo son preparados. Si la
capa o el artículo resultantes van a ser utilizados para empacar un
producto sensible al oxígeno, la exposición puede ser justamente
antes, durante, o después del empacado. Sin embargo, en cualquier
caso, se requiere de la exposición a la radiación antes de utilizar
la capa o el artículo como eliminadores de oxígeno. Para una mejor
uniformidad de la radiación, la exposición debe ser conducida por
una etapa de procesamiento en donde la capa o el artículo están en
la forma de una lámina plana.
Con el propósito de utilizar el método de esta
intención en la forma más eficiente posible, es preferible
determinar la capacidad de eliminación del oxígeno, por ejemplo la
velocidad y la capacidad, del eliminador de oxígeno. Para
determinar la velocidad de eliminación del oxígeno, puede medirse
fácilmente el tiempo transcurrido antes de que el eliminador agote
una cierta cantidad de oxígeno de un contenedor sellado. En algunos
casos puede determinarse adecuadamente la velocidad del eliminador
colocando una película que contiene al eliminador deseado en un
contenedor sellado en forma hermética con una atmósfera que contiene
una cierta cantidad de oxígeno, por ejemplo aire que típicamente
contiene 20,6% de oxígeno en volumen. Entonces, después de un
determinado período de tiempo, las muestras dentro de la atmósfera
del contenedor se remueven para determinar el porcentaje de oxígeno
remanente. Usualmente, las velocidades específicas obtenidas
variarán bajo diferentes temperaturas y condiciones atmosféricas. A
menos que se indique otra cosa, las velocidades indicadas en los
Ejemplos son a temperatura ambiente y en una atmósfera de aire.
Cuando se necesita una barrera activa contra el
oxígeno, una velocidad útil de eliminación puede ser tan baja como
0,05 cc de oxígeno (O_{2}) por gramo de compuesto orgánico
oxidable en el componente de eliminación por día en aire a 25ºC y 1
atmósfera de presión. Sin embargo, ciertas composiciones, por
ejemplo aquellas que contienen a los compuestos orgánicos oxidables
etilénicamente insaturados, tienen la capacidad de velocidades
iguales o mayores a 0,5 cc de oxígeno por gramo por día, haciendo
así a tales composiciones adecuadas para la eliminación de oxígeno
dentro de un empaque, así como adecuadas para aplicaciones de
barrera contra oxígeno activo. Los eliminadores incluyen
hidrocarburos etilénicamente insaturados que son capaces de
velocidades más preferibles iguales o mayores a 5,0 cc de O_{2}
por gramo por día.
Las películas eliminadoras de oxígeno iniciadas
de acuerdo con la presente invención exhiben velocidades de
eliminación de oxígeno, que dependen de la formulación y del tipo de
empaque al cual se aplica la película, aproximadamente entre 1
cc/m^{2}/día hasta aproximadamente 100 cc/m^{2}/día a
temperaturas aproximadamente de 4ºC cuando se hace la medición 4
días después de la activación. Para los empaques con atmósfera
modificada (MAP) que tienen una cámara de aire con atmósfera
modificada, (MAP, 1-2% de O_{2}), la película
eliminadora de oxígeno activada como se explicó anteriormente,
exhibe una velocidad de eliminación de oxígeno aproximadamente
entre 20 cc/m^{2}/día hasta aproximadamente 66 cc/m^{2}/día,
aproximadamente a 4ºC cuando se mide 4 días después de la
iniciación, removiendo conveniente así al oxígeno de la cámara de
aire de tal empaque para reducir o eliminar los efectos adversos
sobre el producto o artículo empacado allí.
Cuando se desea utilizar este método con la
aplicación de una barrera activa contra el oxígeno, la actividad
iniciada de eliminación del oxígeno, en combinación con cualquier
barrera contra el oxígeno, creará una velocidad total de
transmisión del oxígeno aproximadamente de menos de 1,0 centímetros
cúbicos por metro cuadrado por día por atmósfera a 25ºC. La
capacidad de eliminación de oxígeno debe ser tal que esta velocidad
de transmisión no se exceda al menos por dos días. Para muchas
aplicaciones industriales, se espera que las velocidades de
eliminación sean capaces de establecer un nivel interno de oxígeno
de menos del 0,1% tan pronto como sea posible, preferiblemente
aproximadamente menor a un tiempo de cuatro semanas.
Una vez que se ha iniciado la eliminación, el
eliminador, la capa o el artículo preparados de ahí, deben ser
capaces de eliminar hasta su capacidad, esto es, la cantidad de
oxígeno que el eliminador es capaz de consumir antes de que se haga
inefectivo. En uso real, la capacidad requerida para una aplicación
dada depende de:
- (1)
- la cantidad de oxígeno inicialmente presente en el empaque,
- (2)
- la velocidad de entrada de oxígeno dentro del empaque en ausencia de la propiedad de eliminación,
- (3)
- la cantidad de oxígeno que puede generarse o absorberse por los contenidos del empaque, y
- (4)
- la vida deseada en almacenamiento para el empaque.
Cuando se utilizan eliminadores que incluyen
compuestos etilénicamente insaturados, la capacidad puede ser tan
baja como 1 cc de oxígeno por gramo, peo puede ser de al menos 50 cc
de oxígeno por ramo. Cuando tales eliminadores están un una capa,
la capa tendrá preferiblemente una capacidad de oxigenación de al
menos 250 cc de oxígeno por metro cuadrado por milésima de espesor y
más preferiblemente al menos 1200 cc de oxígeno por metro cuadrado
por milésima de espesor.
Como se estableció anteriormente, se ha
encontrado inesperadamente que la presente composición eliminadora
de oxígeno se activa fácilmente sometiéndola a radiación
ultravioleta, provee buenas propiedades para eliminación de oxígeno
y para realizar lo anterior sin tener un iniciador residual o
migración de subproductos dentro del material alimenticio,
específicamente alimentos grasos, durante el uso normal.
Para los propósitos de esta solicitud,
sustancialmente no migratorio significa que aproximadamente no más
de 500 partes por billón (ppb), preferiblemente no más de
aproximadamente 100 ppb, y aún más preferiblemente no más de 50 ppb
de iniciador es extraído por un estimulante del alimento desde el
artículo bajo condiciones de estimulación del alimento. La
Administración de Alimentos y Drogas de Estados Unidos ha
desarrollado procedimientos de análisis para determinar la
capacidad de una sustancia para migrar dentro de diferentes
sustancias alimenticias.
Un ensayo de migración es un análisis para
detectar la presencia de un material mezclado dentro de otro. Los
resultados del análisis son apropiadamente reportados como un número
algo diferente de cero. Donde no se ha encontrado migración de
material, los resultados son apropiadamente reportados como "no
mayor de" o "menor de" la mínima cantidad de material que el
análisis puede detectar en forma confiable (el nivel de umbral de
detección). Las cantidades en el rango bajo de partes por billón son
generalmente reconocidas como insignificantes en la mayoría de los
casos. Aunque algunos productos, tales como los aceites purificados,
pueden ser fácilmente analizados por los materiales migratorios,
muchos otros productos presentan problemas prácticos sustanciales.
Por esta razón, puede utilizarse un solvente estimulante para el
alimento para ayudar a establecer la naturaleza y la cantidad de la
migración de un material desde un artículo a un producto.
El estimulante del alimento para un alimento
graso puede ser un aceite comestible líquido o etanol en agua al
95%. El aceite comestible líquido puede ser un producto natural, tal
como aceite de oliva o aceite de maíz, un derivado de un aceite
natural, tal como aceite de coco fraccionado compuesto de
triglicéridos saturados (30-70%) C_{8} y
(30-50%) C_{10} comercialmente disponibles como
Miglyol 812^{TM}, o una mezcla de triglicéridos sintéticos,
principalmente C_{10}, C_{12}, y C_{14} (comercialmente
disponibles como HB307). Para los alimentos con bajo y con alto
contenido de alcohol, el estimulante del alimento es una solución al
10% o al 50% de etanol en agua. Para alimentos acuosos o ácidos, el
solvente típico es una solución al 10% de etanol en agua, aunque
pueden utilizarse también agua y ácido
acético.
acético.
Ya que un producto puede hacer contacto con
muchos alimentos con diferentes condiciones de procesamiento y vida
en almacenamiento, las pruebas se hacen bajo las condiciones más
severas de temperatura y tiempo a las cuales un artículo que
contiene al material de interés en contacto con un alimento, será
expuesto. Para procesos de empacado a altas temperaturas,
esterilización por calor o en retorta, el empaque se calienta hasta
121ºC (250ºF) durante dos horas seguido por mantenimiento a 40ºC
(104ºC) durante 238 horas, y analizado periódicamente para un tiempo
total de mantenimiento de 10 días.
Se utiliza el mismo protocolo de análisis para
los procesos de esterilización en agua caliente, excepto que la
temperatura más alta es de 100ºC (212ºF). Para los procesos de
llenado en caliente, se añaden los estimulantes del alimento a las
muestras de ensayo a 100ºC (212ºF), se mantienen durante 30 minutos,
y luego se les permite enfriarse hasta 40ºC (104ºC). Para
aplicaciones a temperatura ambiente, se ha recomendado una
temperatura de ensayo de 40ºC (120ºF) durante 10 días, y para
aplicaciones en alimentos congelados o refrigerados, la temperatura
del ensayo es de 20ºC (68ºF).
Los resultados se reportan en términos de
miligramos de sustancia extraída por pulgada cuadrada (mg/plg^{2})
de área superficial, para facilidad de conversión a concentración en
alimentos. Si diez gramos de alimento están en contacto con una
pulgada cuadrada de superficie de empaque, la migración de 0,01
mg/plg^{2} corresponde a una concentración en el alimento de 1
ppm.
Con el propósito de determinar la exactitud y la
precisión de un método determinado de análisis, las soluciones de
ensayo de migración (solventes no puros) se añaden con el material
de interés en niveles conocidos para servir como controles.
Generalmente, las soluciones añadidas contiene aproximadamente ½, 1
y 2 veces la concentración analizada sobre el material de interés.
A menos que se indique otra cosa, las muestras de control son
películas poliméricas o placas formuladas sin el material de
interés.
Los siguientes ejemplos ilustran la práctica de
la presente invención sin limitar su alcance o el alcance de las
reivindicaciones anexas a la misma. Todas las partes y porcentajes
indicados en los ejemplos son en peso, a menos que se indique otra
cosa.
Los fotoiniciadores fueron muestreados por su
capacidad para iniciar la absorción del oxígeno y causar su
eliminación por medio de una resina eliminadora mezclada por fusión
compuesta de 1,2-poli(butadieno) (RB830
disponible con Japan Synthetic Rubber) con suficiente neodecanoato
de cobalto (Ten-Cem® disponible con OMG, Inc.) para
producir una dosis de 350 ppm de cobalto metálico, y 0.5% en peso de
un fotoiniciador bajo estudio en una mezcla de una composición de
Brabender. Cada formulación fue entonces comprimida en películas
(usualmente 254-625 \mum (10-25
milésimas) de espesor). Las películas fueron cortadas entonces en
cuadrados (200 cm^{2}) y expuestas a radiación UV y luego fueron
selladas en bolsas de barrera para el oxígeno e infladas con 300 cc
de aire y conservadas a 25ºC. Se retiraron periódicamente porciones
del gas de la cámara de aire y se analizó su contenido de oxígeno
con un analizador de oxígeno Mocon LC 700F. La Tabla 1 muestra los
resultados de las películas irradiadas con una lámpara Fusion
Systems equipada con una lámpara H, en una dosis de 0.25 a 0.5
J/cm^{2} medida a 365 nm. La Tabla 2 muestra los resultados de las
películas irradiadas con una unidad de UV de Amergraph® UV (UVA de
baja intensidad) en una dosis aproximadamente de 1 J/cm^{2} medida
a 365 nm. La velocidad promedio se calcula considerando únicamente
los puntos finales, con la siguiente fórmula: Velocidad Promedio =
cc de O_{2} eliminado/(m^{2}\cdotdía), y en este ejemplo se
calculó después de 30 días. La velocidad instantánea de pico es la
velocidad más alta de eliminación observada durante cualquier
período de la muestra y se calcula por medio del cambio en volumen
(cc) del oxígeno eliminado por m^{2} sobre el cambio en el
incremento en el tiempo (días).
Los resultados de las Tablas 1 y 2 más abajo
muestran que cada uno de los derivados de benzofenona incluidos
aquellos de la presente invención tienen períodos de inducción
cortos y buenas velocidades promedio para la eliminación del
oxígeno. Además, las muestras que ilustran a la presente invención
tienen velocidades pico superiores para la eliminación de oxígeno
que aquellas formadas con iniciadores de comparación (c).
| Fotoiniciador | Período de Inducción | Velocidad Promedio | Velocidad |
| (días) | (cc O_{2}/m^{2}\cdotdía) | Instantánea de pico | |
| (cc O_{2}/m^{2}\cdotdía) | |||
| 4-aliloxibenzofenona | <3 | 174 | 343(4) |
| 4,4'-dialiloxibenzofenona | >1<4 | 102 | 195(4) |
| 4-dodeciloxibenzofenona | >1<4 | 106 | 134(11) |
| 4,4'-difenoxibenzofenona | >1<5 | 132 | 225(15) |
| 4-benzoilbifenil(4-fenilbenzofenona) (c) | >1<2 | 133 | 184(13) |
| Fotoiniciador | Período de Inducción | Velocidad Promedio | Velocidad |
| (días) | (cc O_{2}/m^{2}\cdotdía) | Instantánea de pico | |
| (cc O_{2}/m^{2}\cdotdía) | |||
| Benzofenona (c) | <3 | 90 | 200 |
| 2-metoxibenzofenona (c) | <1 | 137 | 210(16) |
| 4-metoxibenzofenona (c) | >1<3 | 115 | 160(2) |
| Fotoiniciador | Período de Inducción | Velocidad Promedio | Velocidad |
| (días) | (cc O_{2}/m^{2}\cdotdía) | Instantánea de pico | |
| (cc O_{2}/m^{2}\cdotdía) | |||
| Benzofenona (c) | <1 | 171 | 874(2) |
| 4-aliloxibenzofenona | <1 | 137 | 369(5) |
| 4,4'-dialiloxibenzofenona | <1 | 147 | 1.155(1) |
| 4,4'-difenoxibenzofenona | >1<5 | 141 | 323(12) |
| Benzofenona (c) | <1 | 171 | 874(2) |
| 4,4'-bis(benzoil)difeniléter (c) | >1<5 | 163 | 348(8) |
Se evaluaron diferentes fotoiniciadores por la
eliminación de oxígeno en condiciones de baja temperatura por medio
de la formación de composiciones que tienen iniciadores con una
carga constante de 0,5% en peso que se prepararon en una mezcla de
polietileno y polibutadieno que consiste de 60% en peso de
polietileno de baja densidad (LDPE) (resina PE1017 disponible con
Chevron Chemical Company, Houston, Texas) y 40% de
1,4-polibutadieno (Taktene 1202 disponible con
Bayer) junto con 680 ppm de neodecanoato de cobalto
(Ten-Cem® de OMG, Inc., Cleveland, Ohio). Las
mezclas fueron utilizadas como la capa eliminadora de oxígeno
("OSL") en estructuras en forma de película que tienen capas
externas de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE). Se
elaboraron películas de tres capas que incluyen LLOPE/OSL/LLDPE
sobre una unidad de microextrusión Randcastle, y se activaron las
películas con una dosis de 1 minute de UVC de lámparas UVC
(Anderson-Vreeland, Bryan, Ohio). Las muestras
fueron analizadas de la misma forma que se describió en el Ejemplo
1, excepto porque se reemplazó el aire con 1% de oxígeno en
nitrógeno y se almacenaron las muestras bajo condiciones de
refrigeración (4ºC). Los resultados se muestran en la Tabla 3 a
continuación.
| Películas de 3 capas Rendcastle: LLDPE/OSL/LLDPE | ||||
| (objetivo 1/1/1 milésimas) | ||||
| Muestra | Fotoiniciador | Período de | Velocidad Promedio a | Velocidad Instantánea |
| (0,5% en peso en OSL) | Inducción | (ccO_{2}/m^{2}\cdotd) | (ccO_{2}/m^{2}\cdotd) | |
| A | 4-aliloxibenzofenona | <1 | 35 | 55(1) |
| B | 4,4'-dialiloxibenzofenona | <1 | 27 | 50(1) |
| C | 4-dodeciloxibenzofenona | <1 | 36 | 63(2) |
| Películas de 3 capas Rendcastle: LLDPE/OSL/LLDPE | ||||
| (objetivo 1/1/1 milésimas) | ||||
| Muestra | Fotoiniciador | Período de | Velocidad Promedio a | Velocidad Instantánea |
| (0,5% en peso en OSL) | Inducción | (ccO_{2}/m^{2}\cdotd) | (ccO_{2}/m^{2}\cdotd) | |
| D | 4,4'-difenoxibenzofenona | <1 | 34 | 61(1) |
| E | benzofenona (c) | <1 | 23 | 19(2) |
| F | 4,4'-bis(benzoil)difeniléter (c) | <1 | 13 | 22(1) |
| a. Velocidad promedio calculada después de 3 días. |
Los anteriores resultados muestran que por la
aplicación a baja temperatura, cada muestra A, B, C y D exhibió
velocidades más altas de absorción de oxígeno y velocidades pico de
absorción que las encontradas para las muestras de comparación E y F
formadas con benzofenona no derivatizada y difenil éter,
respectivamente.
Cada una de las películas elaborada
anteriormente fue ensayada para la migración del fotoiniciador y/o
de material de subproductos utilizando un procedimiento aprobado por
la FDA. Cada muestra fue sometida a un estimulante de alimentos
aprobado por la FDA, compuesto de una mezcla de triglicéridos
caprílicos y cápricos (Miglyol^{TM} 812 de Huls America,
Piscataway, NJ) para proveer 10 g de estimulante por pulgada
cuadrada de superficie de película. La extracción se realizó a
temperatura ambiente (25ºC) durante 10 días. Se analizó entonces
al estimulante por medio de cromatografía líquida de alto
rendimiento para la presencia de fotoiniciador y/o subproductos.
Los resultados, mostrados en la Tabla 4 a
continuación, muestran que solamente muy pocas cantidades de
fotoiniciadores de benzofenona derivatizada migraron, mientras que
cada uno de los fotoiniciadores para comparación (incluidos aquí fue
una muestra que tenía 4-benzoilbifenil: Muestra G)
mostró altos niveles indeseables de migración.
| Muestra | Fotoiniciador | Migración^{b} ppb |
| A | 4-aliloxibenzofenona^{a} | <16 |
| B | 4,4'-dialiloxibenzofenona | <47 |
| C | 4-dodeciloxibenzofenona^{a} | <47 |
| D | 4,4'-difenoxibenzofenona | <47 |
| E | Benzofenona (c) | 150 |
| F | 4,4'-bis(benzoil)difenil | 1.125 |
| éter (c) | ||
| G | 4-benzoilbifenil (c) | 1.015 |
| a. No se detectó 4-Hidroxibenzofenona, un posible subproducto de degradación de estos fotoiniciadores. | ||
| b. Asumiendo 10 g de estimulante de alimentos por pulgada cuadrada de superficie de película. | ||
| c. Comparativo. |
Claims (11)
1. Una composición adecuada para eliminación de
oxígeno mientras se inhibe la migración de sus componentes como un
elemento de empaque que comprende un compuesto orgánico oxidable, un
catalizador con metal de transición y un fotoiniciador seleccionado
entre las benzofenonas representadas por la fórmula:
- i)
- al menos un R^{1}, R^{2}, R^{3}, R^{4} o R^{5} se selecciona independientemente entre alquilo C_{2}-C_{18}, alcoxi C_{2}-C_{18}, un fenoxi, un hidrocarburo alicíclico C_{5}-C_{7}, un alcarilo o un grupo éster C_{2}-C_{18}, y los restantes de dichos R^{1}, R^{2}, R^{3}, R^{4} y R^{5} son átomos de hidrógeno; y cada R^{6}, R^{7}, R^{8}, R^{9} y R^{10} es un átomo de halógeno o de hidrógeno; o
- ii)
- al menos un R^{1}, R^{2}, R^{3}, R^{4} o R^{5} y al menos un R^{6}, R^{7}, R^{8}, R^{9} o R^{10} se seleccionan cada uno independientemente entre alquilo C_{1}-C_{18}, alcoxi C_{1}-C_{18}, un fenoxi, aliciclo C_{5}-C_{7}, un alcarilo o un grupo éster C_{1}-C_{18} y los restantes de dichos grupos son cada uno átomos de halógeno o de hidrógeno;
- iii)
- cada uno de los grupos hidrocarburo anteriores puede estar completamente saturado o puede contener insaturación etilénica dentro de la cadena hidrocarbonada; con la condición de que
- iv)
- 4,4'-dimetilbenzofenona y 4,4'-dimetoxibenzofenona sean excluidos.
2. La composición de la reivindicación 1 en
donde al menos R^{1}, R^{2}, R^{3}, R^{4} o R^{5} se
seleccionan entre los grupos alquilo
C_{2}-C_{18} o alcoxi
C_{2}-C_{18}.
3. La composición de la reivindicación 1 en
donde el fotoiniciador se selecciona entre
4-aliloxibenzofenona,
4,4'-dialiloxibenzofenona,
4-dodecilbenzofenona o
4,4'-difenoxibenzofenona.
4. La composición de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde el compuesto orgánico oxidable
se selecciona entre un hidrocarburo sustituido o no sustituido.
5. La composición de la reivindicación 4 en
donde el compuesto orgánico oxidable tiene una insaturación
etilénica.
6. La composición de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde el compuesto orgánico oxidable
está presente entre el 1 al 99 por ciento; el catalizador con metal
de transición está presente entre 0,001 y 1 por ciento; y el
fotoiniciador está presente entre 0,01 y 10 por ciento, con base en
el peso de la composición.
7. La composición de la reivindicación 6 en
donde la composición comprende además al menos un aditivo
seleccionado entre diluyentes poliméricos, rellenos, pigmentos,
materiales colorantes, antioxidantes, auxiliares de procesamiento,
plastificantes, retardantes de fuego y agentes antiniebla.
8. Una película sencilla o múltiple que tiene al
menos una capa que comprende una composición de las reivindicaciones
1, 2, 3, 4, 5, 6 ó 7.
9. Un método para mantener un contenido bajo de
oxígeno dentro de un empaque que contiene un material sensible al
oxígeno que comprende formar la composición eliminadora de oxígeno
de las reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5, 6 ó 7; formar un material
adecuado para empaque que comprende a dicha composición para
eliminación de oxígeno, y someter al material a radiación para
causar la iniciación de la actividad de eliminación de oxígeno de
dicha composición.
10. Un artículo para empaque que tiene una
cavidad interior adecuada para contener allí dentro un material
sensible al oxígeno que tiene por lo menos una parte de dicho
artículo y se expone directa o indirectamente a la cavidad interior
de dicho artículo, a la composición eliminadora de oxígeno de las
reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5, 6 ó 7.
11. El artículo de la reivindicación 10 en donde
dicho artículo es un empaque flexible o semiflexible compuesto de
un producto de múltiples capas que tienen al menos una capa que
contiene a dicha composición para eliminación del oxígeno.
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