ES2906351T3

ES2906351T3 - Método de fabricación de un material de fibra celulósica formado con espuma, lámina y material de envasado laminado

Info

Publication number: ES2906351T3
Application number: ES17790996T
Authority: ES
Inventors: Katarina Jonasson; Cristian Neagu
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 2016-10-14
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2022-04-18
Anticipated expiration: 2037-10-13
Also published as: BR112019006283B1; CA3039738A1; CA3039738C; US11685582B2; PL3526038T3; JP7064117B2; JP2020500267A; BR112019006283A2; EP3526038A1; CN109803827B; EP3526038B9; CN109803827A; US20200039713A1; WO2018069482A1; EP3526038B1

Abstract

Método de fabricación de un material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma, que comprende las etapas de a. formar una espuma acuosa que comprende agua y un agente espumante, b. añadir fibras de celulosa a la espuma acuosa, formando de esta manera una composición de espuma fibrosa, comprendiendo las fibras de celulosa fibras de celulosa modificadas, conteniendo las fibras de celulosa modificadas dialcohol celulosa, c. distribuir la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde, d. reducir la cantidad de agua en la composición de espuma fibrosa distribuida para obtener el material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma, en su forma final, e. opcionalmente, secar el material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma.

Description

DESCRIPCIÓN

Método de fabricación de un material de fibra celulósica formado con espuma, lámina y material de envasado laminado

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método de fabricación de un nuevo material de fibra de celulosa de baja densidad formado con espuma. La invención se refiere también a un nuevo material de fibra de celulosa de baja densidad formado con espuma y a láminas de alto volumen específico o artículos moldeados que comprenden dicho material.

Además, la invención se refiere a un material de envasado laminado que comprende una capa o lámina que comprende el material de celulosa de baja densidad, así como a recipientes de envasado que comprenden el material de envasado laminado. Además, la invención se refiere a recipientes de envasado destinados a envasar alimentos líquidos o semilíquidos, que comprenden el material de envasado laminado.

Antecedentes de la invención

Los recipientes de envasado del tipo desechable de un solo uso para alimentos líquidos se producen frecuentemente a partir de un laminado de envasado basado en cartoncillo o cartón. Un recipiente de envasado de este tipo muy común se comercializa bajo la marca comercial Tetra Brik Aseptic® y se emplea principalmente para el envasado aséptico de alimentos líquidos, tales como leche, zumos de frutas, etc., que se venden para su almacenamiento a largo plazo a temperatura ambiente. El material de envasado en este recipiente de envasado conocido es típicamente un laminado que comprende una capa de alto volumen específico de papel o cartón y capas exteriores herméticas a los líquidos realizadas en termoplásticos. Con el fin de convertir el recipiente de envasado en hermético a los gases, en particular hermético al oxígeno, por ejemplo, con el fin de un envasado aséptico y el envasado de leche o zumo de frutas, el laminado en estos recipientes de envasado comprende normalmente al menos una capa adicional, más comúnmente, una lámina de aluminio.

En el interior del laminado, es decir, el lado destinado a estar orientado hacia el contenido alimenticio de un recipiente producido a partir del laminado, hay una capa más interior, aplicada sobre la lámina de aluminio, cuya capa interior más interior puede estar compuesta por una o varias capas parciales, que comprenden polímeros termoplásticos termosellables, tales como polímeros adhesivos y/o poliolefinas. También en el exterior de la capa de alto volumen específico, hay una capa de polímero termosellable más exterior.

Los recipientes de envasado se producen generalmente mediante modernas máquinas de envasado de alta velocidad del tipo que forman, llenan y sellan los envases a partir de una banda o a partir de piezas en bruto prefabricadas de material de envasado. De esta manera, los recipientes de envasado pueden producirse reformando una banda del material de envasado laminado en un tubo al unir entre sí ambos bordes longitudinales de la banda en una unión solapada soldando entre sí las capas de polímero termoplástico termosellables más interior y más exterior. El tubo se llena con el producto alimenticio líquido deseado y, a continuación, se divide en envases individuales mediante sellados transversales repetidos del tubo a una distancia predeterminada unos de otros debajo del nivel del contenido en el tubo. Los envases se separan del tubo mediante incisiones a lo largo de los sellos transversales y se les proporciona la configuración geométrica deseada, normalmente paralelepipédica o cuboidal, mediante la formación de pliegues a lo largo de líneas de pliegue preparadas en el material de envasado.

La principal ventaja de este concepto de método de envasado de formación de tubo continuo, llenado y sellado es que la banda puede esterilizarse de manera continua justo antes de la formación del tubo, proporcionando de esta manera la posibilidad de un método de envasado aséptico, es decir, un método en el que se eliminan bacterias del contenido líquido a llenar y del propio material de envasado y el recipiente de envasado lleno se produce bajo condiciones limpias de manera que el envase lleno pueda almacenarse durante un tiempo prolongado incluso a temperatura ambiente, sin riesgo de crecimiento de microorganismos en el producto llenado. Otra ventaja importante del método de envasado de tipo Tetra Brik® es, tal como se ha indicado anteriormente, la posibilidad de un envasado continuo de alta velocidad, lo que tiene un impacto considerable sobre la rentabilidad.

Los recipientes de envasado para alimentos líquidos sensibles, por ejemplo, leche o zumo, pueden producirse también a partir de piezas en bruto similares a láminas o piezas en bruto prefabricadas de un material de envasado laminado. A partir de una pieza en bruto tubular del laminado de envasado plegada en plano, los envases se producen construyendo en primer lugar la pieza en bruto para formar una cápsula de recipiente tubular abierta, un extremo abierto de la cual se cierra mediante el plegado y el termosellado de los paneles de extremo integrales. La cápsula de recipiente cerrada de esta manera se llena con el producto alimenticio en cuestión, por ejemplo, zumo, a través de su extremo abierto, que se cierra, a continuación, por medio de un plegado y un termosellado adicionales de los correspondientes paneles de extremo integrales. Un ejemplo de un recipiente de envasado producido a partir de piezas en bruto similares a láminas y tubulares es el denominado envase de tipo “gable-top” convencional. Hay también envases de este tipo que tienen una parte superior moldeada y/o un tapón de rosca realizado en plástico.

La capa de una lámina de aluminio en el laminado de envasado proporciona propiedades de barrera contra los gases bastante superiores a la mayoría de los materiales poliméricos de barrera contra los gases. El laminado de envasado basado en lámina de aluminio convencional para el envasado aséptico de alimentos líquidos es todavía el material de envasado más rentable, en su nivel de rendimiento, disponible en el mercado en la actualidad.

Los costes del material de envasado actual pueden reducirse adicionalmente reduciendo el espesor de las capas de polímero o intentando reemplazar la barrera de lámina de aluminio por una o más capas de barrera diferentes.

Una forma de ahorrar costes, que hasta ahora no se ha considerado práctica en el campo del envasado de cartón para líquidos, podría ser reduciendo el tipo y/o la cantidad de material de fibra de celulosa en la capa de alto volumen específico basada en celulosa. Normalmente, esto conduciría a poner en peligro las importantes propiedades de resistencia mecánica e integridad del envase, así como las propiedades de barrera del material, y anteriormente se ha considerado como una forma de avance menos favorable. El cartón es un componente principal del material de envasado de cartón para líquidos, sin embargo, representa también una parte importante de los costes totales del material de envasado.

En una solicitud de patente internacional N° WO2015/181281 publicada recientemente, del presente solicitante, un material de baja densidad de celulosa fibrosa se incorporó a un material de envasado laminado con propósitos de envasado similares. Se observó que dicho material proporcionaba los criterios necesarios de una capa de alto volumen específico para materiales tipo sándwich laminados, incluyendo una resistencia suficiente a la delaminación del material, tal como se determina mediante el dispositivo de ensayo Huygen Internal Bonding Energy según TAPPI T569. Sin embargo, existe la necesidad de proporcionar propiedades mecánicas mejoradas a dichos materiales, en particular, resistencia a la delaminación, mientras que al mismo tiempo no se aumente la densidad del material, por ejemplo, mediante fibras o aditivos de resistencia química añadidos.

La publicación de Lopez Durán Veronica et al, Cellulose, Springer Netherelands vol.23, N° 6, 2 de Septiembre de 2016, páginas 3495-3510, "On the relationship between fibre composition and material properties following periodate oxidation and borohydride reduction of lignocellulosic fibres", divulga la modificación directa (tanto a medias (solo oxidación con peryodato) como completa, es decir, también reducción con borohidruro) de diversas fibras y se centra en propiedades mecánicas comunes en el plano en láminas de papel fabricadas a partir de las mismas.

La publicación N° US2015/096700A1 se refiere a un método de formación de espuma de cartón para aumentar el volumen específico y la resistencia a la delaminación del mismo mediante la adición de celulosa microfibrilada (MFC) a la mezcla que comprende fibras largas de celulosa.

La publicación N° EP2949597A1 se refiere a un método de fabricación de un material de fibras de celulosa de baja densidad formado con espuma, que no contiene fibras de dialcohol celulosa.

Por lo tanto, un objeto es proporcionar un material de celulosa fibrosa de baja densidad formado con espuma y un método de fabricación de la misma, que satisfaga la necesidad descrita anteriormente.

Otro objeto es producir dicho material de fibra de celulosa formado con espuma, que por un lado mantenga el espesor aparente y la baja densidad, así como una durabilidad mecánica apropiada o mejorada, tal como la resistencia a la delaminación y la resistencia a la compresión en la dirección z, sin tener que añadir grandes cantidades de aditivos de polímero de refuerzo u otros aditivos que pueden estar deteriorando otras propiedades del material o aumentando la densidad de la celulosa formada con espuma.

Un objeto adicional es producir un material de envasado laminado, que tenga una capa de alto volumen específico que comprende el material de celulosa fibrosa formada con espuma, que soporta la laminación por calor-presión sin perder demasiado de su espesor original durante las operaciones de laminación y, de esta manera, proporciona un volumen específico adecuado en el laminado final a una baja densidad del material de alto volumen específico y, además, tiene una resistencia a la delaminación mejorada del material formado con espuma.

Un objeto es diseñar dicho material de envasado laminado ligero, rentable y mecánicamente resistente, provisto de una superficie de impresión, propiedades de barrera contra los gases y que tenga generalmente una buena durabilidad mecánica.

Sumario de la invención

A continuación, se describen aspectos relacionados con un material mejorado de fibras de celulosa denominado espumado o formado con espuma, y con una capa de alto volumen específico que comprende dicho material de fibra de celulosa formado con espuma para su uso en un material de envasado laminado que se describe y se ejemplifica en detalle en el presente documento, y con un método de fabricación del material de fibra de celulosa formado con espuma.

Además, algunos aspectos están relacionados con el uso del material de envasado en la provisión de recipientes de envasado adecuados para productos alimenticios líquidos y semilíquidos. En un aspecto, el material de envasado se usa en una máquina de llenado para productos alimenticios líquidos o semilíquidos, por ejemplo, del tipo de formaciónllenado-sellado, tal como una máquina de llenado Tetra Pak® A3, para la fabricación de recipientes de envasado asépticos. En algunos aspectos, los recipientes de envasado se fabrican a partir de una banda de material de envasado alimentada por rollos. En algunos aspectos, los recipientes de envasado se fabrican a partir de una pieza en bruto de material de envasado.

Según un primer aspecto, de esta manera se proporciona un método de fabricación de un material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma, que comprende las etapas de a) formar una espuma acuosa que comprende agua y un agente espumante, b) añadir fibras de celulosa modificadas, conteniendo las fibras de celulosa modificadas dialcohol celulosa, es decir, modificadas químicamente para contener dialcohol celulosa, c) distribuir la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde, d) reducir la cantidad de agua en la composición de espuma fibrosa distribuida para obtener el material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma, en su forma final, y opcionalmente e), secar el material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma.

Más específicamente, se proporciona un método de fabricación de un material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma, que tiene una resistencia a la delaminación mejorada, según se determina según TAPPI T569, que comprende las etapas de formar una composición de espuma acuosa que comprende agua y un agente espumante, añadir fibras de celulosa a la composición de espuma acuosa, formando de esta manera una composición de espuma fibrosa, comprendiendo las fibras de celulosa fibras de celulosa modificadas, en el que las fibras de celulosa modificadas están modificadas químicamente para contener dialcohol celulosa, distribuir la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde para adquirir una forma final, deshidratar la composición de espuma fibrosa distribuida de esta manera en un material fibroso húmedo, mientras adquiere la forma final plana o moldeada, y secar el material fibroso húmedo para obtener el material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma.

Según una realización, se proporciona un método, en el que, en la segunda etapa b), las fibras de celulosa se añaden como fibras de celulosa gruesas seleccionadas de entre el grupo que consiste en fibras de pulpa mecánicas, químicomecánicas, termomecánicas, químico-termomecánica (CTMP) y semiquímicas al sulfito neutro (NSSC) y una fracción de refuerzo de celulosa de fibras de celulosa modificadas, conteniendo las fibras de celulosa modificadas dialcohol celulosa, es decir, estando modificadas químicamente para contener dialcohol celulosa.

En algunos casos, el material de fibra de celulosa formado con espuma, en su forma final, se denomina plancha. La celulosa modificada que contiene dialcohol celulosa puede obtenerse mediante un método que comprende oxidar de manera parcial y selectiva la celulosa natural (es decir, material de partida original) en una suspensión de fibras, en dialdehído celulosa y, posteriormente, reducir la dialdehído celulosa en dialcohol celulosa, a un grado de conversión del 10 al 50%, en base al número total de enlaces C2-C3 oxidables en el material de partida de celulosa no modificado.

Las reacciones químicas oxidativas y reductoras se describen adicionalmente en "On the relationship between fibre composition and material properties following periodate oxidation and borohydride reduction of lignocellulosic fibres", de Veronica Lopez Durán, Per A. Larsson y Lars Wágberg, publicado en Cellulose (2016); Online: 2 de Septiembre de 2016.

Las fibras modificadas se basan preferiblemente en fibras de pulpa química blanqueadas, tales como fibras Kraft blanqueadas. En dichas fibras, la lignina se ha eliminado tanto como es posible para no perturbar las reacciones químicas de modificación.

La celulosa modificada de esta manera puede mezclarse o combinarse con celulosa no modificada adicional. La mezcla de celulosa modificada y no modificada puede realizarse antes de añadir la a la espuma, o mientras se mezclan las corrientes separadas de fibras de celulosa en la espuma. Preferiblemente, la celulosa no modificada comprende al menos 70% en peso de celulosa gruesa, para permitir un material formado con espuma, fuerte. El material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma, puede tener una densidad de 100 a 700 kg/m3, tal como de 100 a 450 kg/m3.

Además, puede tener una resistencia a la delaminación mejorada mayor de 100, tal como mayor de 140, tal como mayor de 170 J/m2. Preferiblemente, la resistencia a la delaminación está comprendida entre 170 y 220 J/m2.

Cuando el material de fibras de celulosa formado con espuma se ha secado, puede tener un contenido de humedad/agua final del 12% o más bajo.

El método puede comprender además la etapa de realizar un encolado hidrófobo mediante la adición de dímero de alquilceteno (AKD), anhídrido alquil succínico (ASA) y/o agente de encolado de colofonia directamente antes de la etapa (c).

De manera alternativa, el método puede comprender además la etapa de realizar un encolado hidrófobo mediante la aplicación de un agente de encolado mediante pulverización o mediante prensa encoladora sobre la composición de espuma fibrosa distribuida obtenida en la etapa (c), en el que el agente de encolado comprende dímero de alquilceteno (AKD) y/o anhídrido alquil succínico (AAS) y/o colofonia.

En un segundo aspecto de la invención, se proporciona una lámina de celulosa de alto volumen específico para un material de envasado, que comprende el material de fibras de celulosa formado con espuma resultante del método del primer aspecto.

La lámina de celulosa de alto volumen específico puede comprender el material de fibra celulósica formado con espuma según la invención, laminado o dispuesto en contacto de capa con una lámina adicional de un material de celulosa diferente. Dicha lámina de alto volumen específico tiene la ventaja de actuar como núcleo en una construcción de material de tipo sándwich y su mayor espesor proporciona al compuesto de tipo sándwich una alta rigidez a la flexión debido a la baja densidad global. Además, la capa de alto volumen específico es estructuralmente lo suficientemente fuerte como para mantener los rebordes/revestimientos en sus posiciones relativas bajo una carga fuera del plano, es decir, bajo compresión en la dirección z, exhibiendo una baja deformación residual.

Según una realización, la lámina adicional de un material de celulosa diferente es un papel. Debido a que la lámina adicional es más delgada y rígida, puede actuar como un reborde/revestimiento en un compuesto de tipo sándwich que soporta cargas de compresión y de tensión en el plano.

La capa de alto volumen específico o el material de fibra celulósica formado con espuma puede tener un gramaje de peso superficial de al menos 20 g/m2. En algunas realizaciones el gramaje está comprendido entre 20 y 440 g/m2.

En un tercer aspecto de la invención, se proporciona un material de envasado laminado que comprende una lámina de celulosa de alto volumen específico del segundo aspecto, en el que la lámina de alto volumen específico está laminada a al menos una capa de polímero, tal como un polímero termoplástico, tal como una poliolefina.

El material de envasado laminado puede comprender además una barrera contra el oxígeno, tal como una lámina de aluminio y/o una capa de polímero que tiene propiedades de barrera contra los gases.

La barrera contra el oxígeno puede ser una capa realizada en una película de polímero o una lámina de papel delgada con o sin un revestimiento de barrera.

En un cuarto aspecto, se proporciona un recipiente de envasado para alimentos líquidos o semilíquidos, que comprende el material de envasado laminado del tercer aspecto.

La invención es aplicable a cualquier fibra de celulosa, tales como las fibras de madera.

Las fibras de celulosa gruesas pueden tener un valor de Norma Canadiense de Drenabilidad (CSF) de 400-750 ml. Las fibras celulósicas gruesas pueden tener una longitud de fibra media (ponderada en longitud) de 1,3 a 2,6 mm. Las fibras celulósicas gruesas pueden tener un diámetro de fibra medio de 20 a 45 pm. Las fibras celulósicas gruesas pueden tener un contenido de finos menor del 30%. El término "gruesa" en "fibras celulósicas gruesas” debe entenderse como que las fibras de pulpa tienen paredes de fibra no colapsadas, intactas, de manera que son más rígidas y más largas que las fibras refinadas para reducir la drenabilidad o fibras a partir de las cuales se ha eliminado parcialmente la lignina mediante procesos químicos. De esta manera, las fibras gruesas son fibras con una pared de fibra que es suficientemente gruesa como para resistir las fuerzas aplicadas a las fibras durante los procesos de prensado y secado de la fabricación de papel/banda, que causan si no que las fibras colapsen. Las pulpas químicas en las que se ha eliminado parcialmente la lignina tendrán una pared de fibra más débil (debido a la eliminación de la lignina) y se colapsarán durante el proceso de fabricación de papel (prensado y secado). Las fibras que todavía contienen una cantidad suficiente de lignina serán capaces de resistir las fuerzas del proceso y no colapsarán, a menos que se hayan refinado de manera que las paredes de las fibras se hayan debilitado. En el material de fibra celulósica formado con espuma resultante, las fibras celulósicas gruesas funcionan como un componente que proporciona al material su estructura voluminosa. Las fibras celulósicas gruesas se seleccionan de entre el grupo que consiste en fibras de pulpa mecánicas, químico-mecánicas, termomecánicas, quimiotermo-mecánicas (CTMP) y semi-químicas al sulfito neutro (NSSC). Las fibras de pulpa mecánicas, químico-mecánicas, termomecánicas, químico-termomecánicas o NSSC pueden seleccionarse de entre el grupo que consiste en madera triturada (GW), madera triturada en piedra (SGW), madera triturada a presión (PGW), pasta termomecánica (TMP), pulpa termomecánica de alta temperatura (HTMP), fibras de pulpa químico-mecánicas (CMP), fibras de pulpa CTMP o NSSC. Preferiblemente, las fibras celulósicas gruesas son fibras de pulpa quimiotermo-mecánicas CTMP. Las fibras CTMP se añaden como una parte principal de la cantidad total de fibras de celulosa. La CTMP tiene un valor CSF de 400-750 ml. La CTMP puede tener una longitud de fibra media (longitud ponderada) de 1,3 a 2,6 mm. La CTMP puede tener un diámetro de fibra medio de 20 a 45 pm. La CTMP puede tener un contenido de finos menor del 30%.

En el material de fibra de celulosa formado con espuma resultante, la fracción de refuerzo de celulosa de las fibras de celulosa modificadas con dialcohol facilita la unión de las fibras de celulosa en las etapas posteriores del proceso de fabricación de papel y compensa la pérdida de resistencia causada por la estructura de baja densidad. Además, si se retiene bien, la fracción de refuerzo de celulosa aumenta los sitios de unión y la retención de almidón.

En la industria del papel, normalmente se usan diferentes productos químicos, denominados normalmente agentes o coadyuvantes de refuerzo.

Como un aditivo de retención adicional, puede añadirse una fracción de refuerzo de un componente de celulosa altamente refinado, denominado también, y que es lo mismo que, un componente de fibra de celulosa altamente refinada. Dicha celulosa altamente refinada puede tener una longitud de fibra media de aproximadamente 0,4 a 0,8 mm, preferiblemente de 0,5-0,7 mm, más preferiblemente de 0,6-0,65 mm. La celulosa altamente refinada puede tener un diámetro de fibra medio de aproximadamente 20 a 30 pm. Puede tener un contenido de finos (definido como la fracción que pasa a través de un alambre de malla 200) menor del 30%. La fracción de refuerzo de celulosa puede producirse, por ejemplo, con un refinador LC convencional (refinador de baja consistencia). La resistencia a la filtración de la fracción de refuerzo de celulosa, medida con el método Schopper-Riegler, puede ser mayor de 80 SR, tal como de 85-95 SR. De esta manera, la fracción de refuerzo de celulosa tiene dimensiones mayores que la NFC (celulosa nanofibrilada) o que la MFC (celulosa microfibrilada), de las cuales esta última tiene una longitud de fibra media de 100 nm a 0,1 mm y un diámetro de fibra de 3 a 50 nm. La fracción de refuerzo de celulosa aumenta la resistencia de la red de fibras debido a que está muy fibrilada y, por lo tanto, tiene una gran superficie específica y, por consiguiente, un gran número de grupos hidroxilo que forman los enlaces de hidrógeno entre los componentes de la pasta con fibra. Sin embargo, las fibras altamente refinadas todavía son partes de fibras y no se reducen a celulosa fibrilar, que son de un tamaño mucho más pequeño, es decir, en la escala micro- y/o nano-métrica. La expresión "celulosa fibrilar" no abarca "finos de celulosa". Los "finos" no son iguales que las "fibrillas". Las fibrillas tienen un tamaño significativamente más pequeño que los finos.

El componente de fibra altamente refinada puede seleccionar se entre pulpa química altamente refinada que tiene un intervalo de índice Schopper-Riegler (SR) mayor que 80 °SR, tal como de 90 °SR, y pulpa quimiotermomecánica altamente refinada (hrCTMP) que tiene un valor CSF menor de 70 ml. La pulpa química altamente refinada puede tener un índice Schopper-Riegler (SR) de 90 °SR. Según una realización, la pulpa muy/altamente refinada puede ser una pulpa seleccionada de entre pulpa al sulfito o al sulfato (química), como anteriormente, y basada en madera dura o blanda, pulpa CTMP altamente refinada como anteriormente, o pulpa NSSC altamente refinada.

La pulpa química altamente refinada puede ser pulpa al sulfito altamente refinada, pulpa de madera blanda altamente refinada, pulpa kraft (sulfato) altamente refinada o pulpa de madera dura altamente refinada (hrHW). En una realización, la pulpa de refuerzo altamente refinada es hrHW. La hrHW puede tener un índice Schopper-Riegler (SR) de 90 °SR. Una ventaja del uso de hrHW es que la pulpa de madera dura está disponible comercialmente. La hrCTMP puede tener un valor LCR menor de 70 ml. El uso de dichas fibras hr tiene la ventaja de que aumenta el área unida y, por lo tanto, produce una mayor resistencia de la lámina.

La primera etapa en la producción de un material de fibra celulósica formado con espuma implica proporcionar una espuma que comprenda fibras de celulosa. Dicha espuma puede producirse mezclando fibras de celulosa y un fluido espumante que comprende un líquido y un tensioactivo. El líquido puede ser agua. Típicamente, la cantidad de tensioactivo puede ser de 0,01 a 1.000 ppm (peso a peso), tal como de 0,01 a 100 ppm, tal como de 0,01 a 10 ppm, tal como de 0,05 a 10 ppm, tal como de 0,1 a 8 ppm. La composición de espuma fibrosa puede comprender del 20 al 80% en volumen de aire. En una realización adicional, la composición de espuma comprende hasta el 70% en peso, tal como del 30 al 50% en peso de agua. Puede usarse un mezclador de rotor o un generador de espuma general para generar la espuma que comprende fibras celulósicas. En general, la espuma puede formarse introduciendo un gas en la mezcla. El aire es un ejemplo de gas apropiado. Otros gases adecuados son oxígeno y nitrógeno. El gas puede introducirse en la mezcla en forma de gas presurizado y mediante el vórtice causado por la agitación.

La composición de espuma fibrosa puede distribuirse en un molde y, subsiguiente, puede deshidratarse y secarse para obtener una forma tridimensional final. De esta manera, debido a la fuerza de unión interna mejorada, es decir, la resistencia a la delaminación, es posible producir un artículo tridimensional moldeando la composición de espuma fibrosa acuosa sin la adición de grandes cantidades de aditivos o polímeros adicionales, para el propósito de fuerza de unión interna.

La etapa de reducir la cantidad de agua en la composición fibrosa distribuida puede incluir una deshidratación y/o un secado. El sustrato sobre el que se distribuye la composición de espuma fibrosa puede ser una forma de alambre o un alambre de formación. La distribución sobre una forma de alambre o un alambre de formación representa una manera de deshidratar la espuma fibrosa. Después de la deshidratación inicial sobre un alambre de formación, el material de fibra celulósica formado con espuma (la banda fibrosa) puede comprimirse mecánicamente, en uno o varios puntos de contacto consecutivos de prensado en húmedo. Posteriormente, el material de fibra celulósica formado con espuma resultante deshidratado (la red fibrosa) puede secarse, usando cualquier método de secado convencional, tal como secado en cilindro, secado por impacto o secado Condebelt, de manera alternativa equipado con secadores de IR (infrarrojos), a un contenido de humedad final comprendido entre el 0 y el 15% (peso/peso).

En comparación con la fabricación de papel tradicional, puede usarse, de manera adecuada, un secado adicional o modificado con el fin de conseguir la sequedad y la densidad deseadas.

La operación de deshidratación puede realizarse presionando y/o aspirando agua desde el material de celulosa formado con espuma. En una realización adicional, la operación de secado puede realizarse mediante secado al aire, soplado de aire forzado, irradiación con infrarrojos o secado por convección, o mediante una combinación de cualquiera de estos métodos de secado.

Generalmente, las fibras de celulosa se proporcionan como una dispersión líquida que comprende fibras de celulosa (una dispersión de fibras). La concentración de las fibras de celulosa en la dispersión líquida que comprende fibras de celulosa puede ser del 0,1% al 10% (peso/peso). La dispersión líquida que comprende fibras de celulosa puede ser una dispersión acuosa que comprende fibras de celulosa.

La dispersión de fibras puede añadirse al fluido espumante después de generada la espuma a partir del fluido (incluido el tensioactivo).

De manera alternativa, la dispersión líquida que comprende fibras celulósicas puede combinarse con el fluido espumante antes de la formación de espuma.

En el material de fibras de celulosa formado con espuma, secado, obtenido finalmente, la unión de las fibras entre sí se realiza esencialmente mediante enlaces de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno pueden formarse, por ejemplo, entre grupos hidroxilo en las superficies de fibra de dialcohol celulosa modificada. Puede haber ciertos enlaces complementarios debido a la inclusión de polímeros hidrófilos en la composición, sin embargo, no a los niveles de dichos polímeros añadidos que se requieren normalmente. La inclusión de polímeros hace que la composición de celulosa sea más difícil de reciclar y de reutilizar, o de degradar que las composiciones puramente de fibras de celulosa y, por lo tanto, la cantidad de dichos polímeros añadidos debería reducirse tanto como sea posible.

Según una realización, la composición de espuma fibrosa comprende del 0,1 al 10% en peso (peso/peso), tal como del 0,1 al 7, tal como del 0,1 al 5, tal como del 0,5 al 5, tal como del 0,5 al 4, tal como del 0,5 al 3% en peso de fibras de celulosa, en base a la composición de espuma húmeda total.

Si es necesario, puede añadirse un aditivo para controlar la consistencia de la espuma.

Según una realización general, puede usarse cualquier tensioactivo como agente espumante. El agente espumante puede seleccionarse preferiblemente de entre tensioactivos aniónicos, de manera alternativa de entre tensioactivos no iónicos, tensioactivos anfóteros y polímeros sintéticos.

Ejemplos de tensioactivos aniónicos adecuados que funcionan bien son lauril (dodecil) sulfato de sodio (SLS, SDS) y lauriletersulfato de sodio (SLES). Cuando se selecciona SDS como agente espumante, la cantidad usada para la composición de celulosa formada con espuma es típicamente de 0,05 a 10, tal como de 0,1 a 8 g/l (ppm). El SDS es el agente espumante más económico y está aprobado para su uso en aplicaciones de grado alimenticio (FDA, BfR) y es preferible.

Los ejemplos adecuados de tensioactivos no iónicos son alquilpolioxietilenos, Spans y Tweens.

Los ejemplos de tensioactivos anfóteros adecuados como agente espumante son las betaínas. Un tensioactivo polimérico adecuado es alcohol polivinílico, PVA.

El material de fibra celulósica formado con espuma de la invención puede comprender además cantidades de aditivos (tales como menores del 10% en peso) de otros materiales, tales como agentes o productos químicos de resistencia, tales como almidón y derivados del mismo, o carboximetilcelulosa y derivados de la misma. Dichos aditivos pueden añadirse para influir sobre las propiedades del material de fibra celulósica formado con espuma resultante. El almidón catiónico puede añadirse con el fin de aumentar adicionalmente la resistencia de la lámina. El almidón catiónico puede añadirse a menos del 6% en peso de la composición de celulosa, preferiblemente del 0,5 al 5,5% en peso, tal como del 1 al 5% en peso, tal como del 1,5 al 4% en peso, tal como del 2 al 5% en peso.

Según otra realización, la fracción de refuerzo de celulosa se ha tratado con un agente de resistencia, catiónico, seco. Dicho tratamiento aumenta el área unida en la red de fibras y, de esta manera, mejora la resistencia. El agente de resistencia catiónico, seco, puede elegirse de entre el grupo que consiste en almidón catiónico (CS), poliacrilamida catiónica (CPAM) y poliacrilamida glioxalada (GPAM). Pueden usarse también otros agentes catiónicos respectivos, tales como poliaminoamida-epiclorhidrina (PAE). De esta manera, la fracción de refuerzo de celulosa puede tratarse, en una etapa separada, con un agente de resistencia, catiónico, seco, en el que el agente de resistencia, catiónico, seco, se selecciona de entre el grupo que consiste en almidón catiónico (CS), poliacrilamida catiónica (CPAM), poliacrilamida glioxalada (GPAM) y poliaminoamida-epiclorhidrina (PAE).

Preferiblemente, la fracción de refuerzo de celulosa se ha tratado con almidón catiónico como agente de resistencia, catiónico, seco.

El tratamiento de la fracción de refuerzo de celulosa con un agente de resistencia catiónico puede haberse realizado antes de una etapa de mezclado de las fibras celulósicas gruesas y la fracción de refuerzo de celulosa para formar una mezcla de fibras de celulosa.

De manera alternativa, en lugar de tratar la fracción de refuerzo de celulosa con un agente de resistencia, catiónico, seco, toda la mezcla de fibras de celulosa puede tratarse con un agente de resistencia, catiónico, seco.

Según otra realización, el método comprende además la etapa de mezclado de las fibras celulósicas gruesas y la fracción de refuerzo de celulosa para formar una mezcla de fibras de celulosa; en el que la etapa de mezclado se realiza antes de la etapa de adición de fibras de celulosa a la composición de espuma acuosa. Esto tiene la ventaja de que es un método eficaz para preparar una mezcla de fibras homogénea.

De manera alternativa, el método comprende además la etapa de mezclado de las fibras celulósicas gruesas y las fracciones de refuerzo de celulosa para formar una mezcla de fibras de celulosa; en el que la etapa de mezclado se realiza antes de la etapa de adición de las fibras de celulosa a la composición de espuma acuosa; y en el que toda la mezcla de fibras de celulosa se ha tratado con un agente de refuerzo catiónico después de la etapa de mezclado de las fibras celulósicas gruesas y la fracción de refuerzo de celulosa para formar una mezcla de fibras de celulosa.

El SDS es un tensioactivo aniónico, es decir, tiene una carga negativa en un entorno acuoso. Además, el SDS es un tensioactivo eficaz y económico y se usa ampliamente en numerosas aplicaciones seguras para la salud, tales como champús y pasta de dientes, que requieren un tensioactivo no tóxico. Además, el SDS es un agente espumante muy eficaz y, de esta manera, la concentración de SDS requerida en la suspensión de pulpa para formar una espuma aceptable es baja. La concentración requerida de tensioactivos no iónicos es típicamente 10 veces mayor que la concentración requerida de SDS. Los tensioactivos catiónicos son absorbidos en los sitios aniónicos en las fibras y, de esta manera, se aumenta su concentración en la red, resultando en un producto que tiene un mayor contenido de tensioactivo y una menor resistencia. Se conoce que la cantidad de alcohol polivinílico (PVA) requerida para formar espuma es mucho mayor en comparación con el SDS y, de esta manera, la cantidad de tensioactivo que pasa desde el proceso de fabricación de planchas a la planta de purificación de agua será mucho mayor con PVA. Además, la resistencia del producto cuando se usa PVA como agente espumante puede depender de la concentración de agente espumante, lo que puede causar dificultades en el control de la calidad del producto si la espuma se ajusta con PVA. Además, la concentración de PVA afecta también a las propiedades de resistencia del material resultante.

El SDS está cargado negativamente, lo que afecta a los productos químicos catiónicos del proceso, por ejemplo, CPAM (poliacrilamida catiónica) (sustancia química de retención), almidón catiónico (agente de resistencia seco) y AKD (dímero de alquilceteno) (agente de encolado) (dispersión estabilizada típicamente con polímeros catiónicos). Cada uno de estos problemas puede resolverse de manera independiente, tal como se describe en el presente documento.

Cuando se usa SDS como tensioactivo y el agente de resistencia, catiónico, seco, es almidón catiónico, pueden aparecer algunos efectos no deseados para los aditivos catiónicos. En la burbuja de aire, la molécula de SDS aniónica está alineada de manera que el extremo aniónico (es decir, el extremo hidrófilo) esté orientado hacia la fase de agua y el extremo hidrófobo esté orientado hacia la fase de aire. Por lo tanto, las burbujas de aire en la espuma tienen una gran superficie con una elevada carga superficial negativa. La superficie de la burbuja aniónica podría "competir" con las fibras por la adsorción de coadyuvantes de refuerzo catiónicos y polímeros de retención catiónicos. Además, probablemente, las burbujas de aire aniónicas podrían desprender los polímeros catiónicos que ya están adsorbidos en las superficies de las fibras, particularmente si existen elevadas fuerzas de cizallamiento en el proceso. Por lo tanto, los efectos perjudiciales dependen de los tiempos de retardo en la espuma, es decir, durante cuánto tiempo están presentes en la espuma los coadyuvantes de refuerzo catiónicos y los polímeros de retención catiónicos, es decir, interactuando con la espuma. Con el fin de superar este problema, puede añadirse almidón catiónico a la pasta espesa (es decir, la dispersión de fibras o la mezcla de fibras de celulosa) antes de mezclar la espuma con la pasta espesa. Entonces, el SDS no perturba la adsorción del almidón catiónico en las fibras. El tiempo de retardo en la espuma debería ser corto, ya que se produce cierto grado de desorción en la espuma. La espuma de alta densidad (600 kg/m3 -750 kg/m3) promueve la retención de almidón catiónico, en comparación con densidades de espuma más bajas. De manera alternativa, puede añadirse almidón catiónico a la espuma a una densidad de espuma de 600 kg/m3 - 750 kg/m3. El sistema de retención y la manera de dosificación pueden ser tal como se describen a continuación. La retención de almidón puede aumentarse mediante una buena retención de sólidos con una mayor dosis de CPAM y micropartículas como sustancias químicas de retención. En lugar de usar CPAM y micropartículas, puede emplearse un sistema de retención que consiste en ácido tánico (TA) y óxido de polietileno (PEO).

Según otra realización, el método comprende, además la etapa de añadir un sistema de retención a la composición de espuma fibrosa obtenida en la etapa de añadir fibras de celulosa a la composición de espuma acuosa. El sistema de retención puede comprender óxido de polietileno (PEO) y ácido tánico (TA). La adición de un sistema de retención tiene el efecto de que menos fibras y partículas abandonan el material durante la etapa de reducir la cantidad de agua en el material a medida que se retienen en el material. Esto aumenta la calidad del material resultante: dado que el material no retenido es mayormente pequeño en dimensiones y bien adherido, su contribución a la unión es significativa. Además, también se mejora la deshidratación y la retención de otros productos químicos, lo que se traduce en ahorros en materia prima y costes de producción.

En un sistema de retención de dos componentes, las adiciones se realizan preferiblemente en la tubería en dos puntos de inserción separados con un claro retardo de tiempo entre los puntos.

El sistema de retención puede comprender óxido de polietileno (PEO) y ácido tánico (TA). El óxido de polietileno (PEO) y el ácido tánico (TA) se añaden preferiblemente en cantidades menores de 450 g/t de sólidos secos. El óxido de polietileno (PEO) y el ácido tánico (TA) es un sistema de retención no iónico y, de esta manera, no se producen interacciones interferentes entre cargas opuestas en un agente espumante aniónico, tal como SDS, y el sistema de retención. Preferiblemente, el PEO tiene un peso molecular (MW) de 6X106 a 8X106.

De esta manera, cuando el tensioactivo es un tensioactivo aniónico, por ejemplo, SDS, el sistema de retención preferido es óxido de polietileno (PEO) y ácido tánico (TA). El óxido de polietileno (PEO) y el ácido tánico (TA) se añaden preferiblemente en cantidades menores de 450 g/t de sólidos secos.

El método puede comprender la etapa de añadir un sistema de retención a la composición de espuma fibrosa obtenida en la segunda etapa (b), en el que el sistema de retención puede comprender óxido de polietileno (PEO) y ácido tánico (TA).

En lugar de ácido tánico, puede usarse cualquier compuesto que contenga grupos fenólicos, por ejemplo, lignina kraft o resina de formaldehído.

De manera alternativa, el sistema de retención puede ser una combinación de poliacrilamida catiónica (CPAM) y micropartículas. Estas últimas pueden tener una carga electrostática negativa y un área superficial muy elevada. Las micropartículas pueden ser poliméricas o inorgánicas o una combinación de las mismas. Un ejemplo de micropartículas inorgánicas usadas es bentonita. Preferiblemente, la CPAM puede añadirse en una cantidad menor de 1.000 g/t de contenido de sólidos secos. Preferiblemente, las micropartículas se añaden en una cantidad menor de 1.000 g/t de contenido de sólidos secos. La adición de CPAM y micropartículas tiene la ventaja de que mejora la retención de sólidos. Cuando se usa SDS como agente espumante y CPAM y micropartículas como sistema de retención, la carga catiónica de la CPAM interactúa con el SDS formado con espuma y, de esta manera, se reduce la eficacia del sistema de retención. Para superar este problema, puede alimentarse una mayor cantidad de CPAM (400 g/t - 1.000 g/t) en la línea de alimentación de la caja de entrada antes de la adición de micropartículas cuando la densidad de la espuma es de 600 kg/m3 - 750 kg/m3 De manera alternativa, para reducir el efecto negativo descrito anteriormente, la CPAM puede alimentarse al material espeso (es decir, la dispersión de fibras o la mezcla de fibras de celulosa) antes de mezclar la espuma con el material espeso y alimentar micropartículas cerca de la caja de entrada a la línea de alimentación de la caja de entrada.

No se necesita ninguna adición adicional de polímeros o fibras a la composición de espuma fibrosa con el fin de permitir el uso del material de fibra celulósica formado con espuma obtenido para materiales de alto volumen específico en materiales de envasado de cartón para líquido y laminados.

Pueden añadirse un agente o agentes de encolado, tales como anhídrido alquilsuccínico (ASA), dímero de alquilceteno (AKD) y colofonia a la composición de espuma fibrosa para mejorar la hidrofobicidad de la plancha (es decir, el material de fibra celulósica formado con espuma) y, de esta manera, sus propiedades repelentes al agua. El agente o los agentes de encolado pueden añadirse a la composición de espuma fibrosa en cantidades de hasta 4 kg/tonelada de contenido de sólidos secos. En la producción de cartón para envasado de líquidos, el encolado interior se realiza normalmente añadiendo AKD (dímero de alquilceteno).

Según una realización, el método comprende además la etapa de realizar un encolado hidrófobo mediante la adición de dímero de alquilceteno (AKD), anhídrido alquilsuccínico (ASA) y/o encolado de colofonia directamente antes de la etapa de distribución de la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde. Preferiblemente, el dímero de alquilceteno (AKD), el anhídrido alquilsuccínico (ASA) y/o el encolado de colofonia se añade menos de 20 segundos, preferiblemente menos de 10 segundos, tal como 7 segundos, antes de la etapa de distribución de la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde. Con AKD, la dosis puede ser de 4 kg/t o menos de contenido de sólidos secos. Una ventaja de la adición del agente de encolado en esta etapa es que el agente de encolado tiene un buen rendimiento. Si se añade antes, el tensioactivo puede eliminar el agente de encolado, resultando en una menor hidrofobicidad y aumentando de esta manera la tendencia del material resultante a absorber líquido cuando está seco. Preferiblemente, el agente o los agentes de encolado se añaden en una cantidad total de no más de 4 kg/t de contenido de sólidos secos.

El AKD, tal como Fennosize KD364M, dosificado a 4 kg/tonelada de contenido de sólidos secos (sustancia activa) o menos, puede añadirse a la espuma tal cerca como sea posible antes de la etapa de distribución de la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde. Preferiblemente, el AKD se añade menos de 20 segundos, preferiblemente menos de 10 segundos, tal como 7 segundos, antes de la etapa de distribución de la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde. Este agente de encolado actúa eficazmente en la formación de espuma SDS.

Se conoce que los tensioactivos alteran el encolado de AKD. Cuando se usa SDS como agente espumante y AKD como agente de encolado, la carga negativa del SDS probablemente neutraliza el AKD estabilizado catiónicamente. De esta manera, el SDS interfiere con la adsorción de partículas de AKD en las superficies de las fibras. Además, el producto AKD tiene que ser compatible con toda la química de formación de espuma. Por estas razones, el producto AKD debe seleccionarse cuidadosamente. El sistema de retención (CPAM y micropartículas) así como la adición de almidón catiónico promueven el encolado y, junto con el producto AKD Fennosize KD 364, puede conseguirse el nivel de encolado suficiente. La razón de la compatibilidad de Fennosize KD 364 y la química de formación de espuma podría ser la carga catiónica proporcionalmente elevada en el sistema de estabilización de AKD.

Preferiblemente, debido a que el retardo de AKD, es decir, el tiempo de residencia de AKD, en la espuma puede reducir la eficacia del encolado, el agente de encolado se alimenta a la espuma justo antes de la caja de entrada.

Según una realización alternativa, el método comprende además la etapa de realizar un encolado hidrófobo aplicando un agente de encolado pulverizando el mismo sobre la composición de espuma fibrosa distribuida obtenida en la etapa de distribución de la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde, en el que el agente de encolado comprende dímero de alquilceteno (AKD) y/o anhídrido alquil succínico (ASA) y/o colofonia. Preferiblemente, el agente o los agentes de encolado se añaden en una cantidad total de no más de 4 kg/t de contenido de sólidos secos. Una ventaja de la adición del agente de encolado como una pulverización es que minimiza adicionalmente el efecto de lavado de AKD del tensioactivo reduciendo adicionalmente las fuerzas de cizallamiento y el tiempo de exposición al cizallamiento.

Según una realización, la densidad de la composición de espuma fibrosa cuya cantidad de agua debe reducirse es aproximadamente de 600 a 750 kg/m3 El tamaño de burbuja medio puede ser de 100 gm o menor. De esta manera, antes de reducir la cantidad de agua en la etapa (d), la densidad de la composición de espuma fibrosa es de aproximadamente 600-750 kg/m3. Esto tiene la ventaja de que, a esta densidad, el contenido de SDS no interactúa demasiado con los productos químicos catiónicos, garantizando las propiedades de resistencia de nivel objetivo para el cartón. Al mismo tiempo, la calidad de la espuma es suficientemente buena como para producir una formación aceptable. Una vez reducida la cantidad de agua (etapa (d)), el material de fibra celulósica formado con espuma ha obtenido su forma final y no contiene espuma o contiene una cantidad insignificante de espuma. Una vez reducida la cantidad de agua, la densidad del material de fibra celulósica formado con espuma (la plancha) es preferiblemente de 450 kg/m3 o menor, preferiblemente de 250-350 kg/m3, tal como de 300 kg/m3.

Según otra realización, el tamaño de burbuja medio de la composición de espuma fibrosa es de 100 gm o menor, tal como de 80 gm o menor, tal como de 60 gm o menor. Esto tiene la ventaja de que las burbujas mantienen las fibras individuales separadas y, de esta manera, no se generan flóculos de fibras, lo que conduce a una buena formación del material que típicamente tiene una formación específica, es decir, un índice de formación o la desviación estándar del gramaje local normalizado con el gramaje, medido según SCAN-P 92:09, menor de 1,0 Vg/m. El radio de las burbujas puede determinarse como el diámetro medio de Sauter D [3, 2], usando medición óptica y promediando el diámetro de las burbujas medidas.

La espuma que comprende fibras celulósicas generadas tal como se ha descrito anteriormente puede pasar a través de una disposición de boquillas ("caja de entrada") en la que la presión y las herramientas de formación generan una banda de material de fibra celulósica formado con espuma. La boquilla de la caja de entrada distribuye la espuma con fibra de manera uniforme en la dirección transversal sobre un alambre de formación y los elementos de deshidratación posteriores aumentan el contenido de sólidos, típicamente del 15 al 20% (peso/peso) después de la sección de formación. A continuación, la banda puede comprimirse mecánicamente para alcanzar un nivel de contenido de sólidos del 30 al 55%. Para alcanzar el objetivo de contenido de sólidos final (típicamente del 85 al 95%), la banda puede secarse usando unidades de secado, tales como cilindros calientes, secadores de infrarrojos o secadores Condebelt. Finalmente, el cartón base puede enrollarse en un carrete, puede enrollarse en carretes con la anchura del cliente y pueden almacenarse, antes de un uso futuro para preparar, por ejemplo, un material de envasado.

Debido a que dicho material comprende menos fibras celulósicas que el material convencional y aún así tiene las propiedades deseadas necesarias, los costes del material son más bajos en comparación con cuando se usa un material convencional para la misma aplicación.

El material de fibra celulósica formado con espuma según la presente invención tiene una fuerza de unión interna mejorada adicionalmente, es decir, resistencia a la delaminación, en comparación con la celulosa formada con espuma correspondiente que no comprende una pulpa de fibra altamente refinada en su composición. Además, tiene también una resistencia a la compresión en la dirección del espesor, es decir, una deformación residual reducida.

El material de fibra celulósica formado con espuma según la presente invención puede fabricarse según el método según la presente invención.

La presente invención se refiere también a un material de fibra celulósica formado con espuma obtenido mediante el método según la presente invención.

El material de fibra celulósica formado con espuma según la presente invención puede definirse como con una densidad como máximo de 450 kg/m3, un gramaje de al menos 20 g/m2, una resistencia a la delaminación de al menos 100 J/m2, una fuerza z de al menos 150 kPa y una deformación residual (es decir, reducción del espesor restante después de la compresión en la dirección z) del 3 al 8% con una única carga de 2 MPa.

El material de fibra celulósica formado con espuma según la presente invención es térmicamente estable por encima de 300°C y tiene una baja transferencia de calor, a diferencia de las capas de polímero formadas con espuma en general. Se ha observado que, a densidades relativamente bajas de 200 a 450 kg/m3, una lámina de material de fibra celulósica formado con espuma no pierde demasiado de su espesor original en las operaciones de laminación por extrusión (baja deformación residual), y mantiene también suficientemente su resistencia inicial a la delaminación, así como su resistencia a la tracción en la dirección z, es decir, resistencia z (resistencia a la tracción direccional z).

El material de fibra celulósica formado con espuma puede tener un gramaje de al menos 20 g/m2. En algunas realizaciones, el gramaje está comprendido entre 20 y 440 g/m2.

Según una realización, el material de fibra celulósica formado con espuma tiene una resistencia a la delaminación de al menos 100 J/m2, preferiblemente al menos 140 J/m2 e incluso más preferiblemente al menos 170 J/m2. La resistencia a la delaminación puede ser de 60-300 J/m2, tal como de 60-250 J/m2, tal como de 80-220 J/m2, tal como de 140-220 J/m2, tal como de 170-220 J/m2. Estos valores son comparables a los valores para los materiales convencionales usados, por ejemplo, en materiales de envasado.

Según otra realización, el material de fibra celulósica formado con espuma tiene como máximo una densidad de 450 kg/m3. Preferiblemente, la densidad es de 250-350 kg/m3, tal como de 300 kg/m3, tal como de 200 kg/m3.

A los siguientes términos y definiciones usados en el presente documento les corresponden la definición indicada a continuación.

Un "material de celulosa espumado" o un "material de fibra celulósica formado con espuma" es un material que proporciona volumen o espesor a un artículo a partir del material, sin añadir necesariamente mucho peso, es decir, al tener una propiedad de volumen más elevada que los papeles o cartones fibrosos convencionales, siendo la propiedad de alto volumen específico la inversa de la densidad del material. En otras palabras, la celulosa espumada es un material fibroso, con una densidad ajustable, que puede fabricarse mediante un proceso de formación de espuma.

La densidad lineal de la fibra se define como peso por longitud de fibra y se expresa normalmente en unidades de mg/m o g/m. La densidad lineal depende del diámetro de la fibra, del espesor de la pared celular, de la densidad de la pared celular y de la sección transversal de la fibra. El valor de la densidad lineal tiene una gran influencia sobre la estructura del papel. Un valor de densidad lineal elevado indica una pared de fibra gruesa, que proporciona fibras rígidas que no pueden colapsar. Las fibras de paredes delgadas con un valor de densidad lineal bajo proporcionan fibras flexibles y una lámina más densa. Cuanto mayor sea la densidad lineal de las fibras, más fuertes y rígidas serán. Las fibras con mayor densidad lineal producen un papel voluminoso. Esto es importante para el papel de envasado y menos importante para el papel de impresión. Sin embargo, la fibra con alto valor de densidad lineal causará una superficie de papel irregular.

Una "capa de alto volumen específico" o una "capa de núcleo" es una capa que contribuye en gran medida a la rigidez mecánica y a las propiedades de resistencia y a las propiedades de estabilidad dimensional de un material laminado. Esta es normalmente la capa más gruesa de un material de tipo Sándwich, sin ser necesariamente el material más fuerte o más denso. En un material de tipo Sándwich rígido, frecuentemente hay una capa distanciadora o separadora "voluminosa" en el centro, entre dos capas adyacentes, es decir, capas enfrentadas, que contribuyen a la rigidez total de la construcción con su módulo de Young y/o sus propiedades de rigidez a la tracción más elevadas.

"Delaminación" es cuando un material se separa en diferentes capas. La delaminación es un modo de fallo para materiales fibrosos, tales como el cartón, donde las capas de fibra y las fibras se separan, conduciendo a una pérdida significativa de propiedades mecánicas.

La "resistencia a la delaminación" puede caracterizarse por la fuerza de unión interna del material y puede determinarse, por ejemplo, mediante el dispositivo de ensayo Huygen Internal Bonding Energy conforme a TAPPI T569 y que proporciona un valor de J/m2. Los materiales de papel son sometidos a una carga fuera del plano en muchas operaciones de conversión, tal como en la impresión, el plegado, la laminación, el empalme y el plegado, lo que puede resultar en delaminación. La "fuerza de unión interna", medida mediante un ensayo de tipo Scott Bond, puede correlacionarse con la "resistencia a la delaminación" del material de papel en dichas operaciones de conversión. La "Fuerza de unión interna" (J/m2) se define como la energía por unidad de área en el plano requerida para delaminar un material de papel en la dirección a través del espesor, es decir, en la dirección z, en un ensayo de tipo Scott Bond. La "resistencia a la compresión" de la plancha es la fuerza de compresión máxima por unidad de anchura que una pieza de ensayo puede soportar hasta el inicio del fallo. Se expresa en kilonewtons por metro (kN/m). Norma de medición ISO 9895:2008.

La "Norma Canadiense de Drenabilidad" ("CSF" o "drenabilidad") de pulpa está diseñada para proporcionar una medida de la velocidad a la que puede drenarse una suspensión diluida de pulpa (3 g de pulpa en 1 l de agua) (norma ISO 5267-2:2001).

La "relación de resistencia a la compresión" MD/CD se determina como la relación entre la resistencia a la compresión en la dirección de la máquina (MD) y la resistencia a la compresión en la dirección transversal (CD), ambas medidas según la norma ISO 9895:2008.

La "resistencia Z" es la resistencia a la tracción en la dirección del espesor, norma de medición ISO 15754.

El ensayo de Schopper-Riegler (véase ISO 5267) está diseñado para proporcionar una medida de la velocidad a la que puede deshidratarse una suspensión diluida de pulpa. Se ha demostrado que la drenabilidad está relacionada con las condiciones de la superficie y el hinchamiento de las fibras, y constituye un índice útil de la cantidad de tratamiento mecánico al que se ha sometido la pulpa.

El "gramaje" se expresa como peso por unidad de área en el plano de los materiales de papel y se mide en g/m2. El "gramaje de capa" de una capa en un material de envasado laminado es el peso por unidad de área en g/m2 de esa capa.

El "espesor" es la distancia entre dos superficies planas, que están colocadas a cada lado de un material de papel y sometidas a una presión de 100 kPa. Se expresa en micrómetros (pm).

"Baja densidad", en conexión con un material de celulosa o un material de alto volumen específico para un material de envasado laminado para el envasado de líquidos, significa una densidad que es menor que la del cartoncillo o del cartón normal para ese propósito, es decir, en última instancia, menor de 900 kg/m3, tal como menor de 700 kg/m3, tal como de 100 a 600 kg/m3, tal como de 100 a 500 kg/m3, tal como de 200 a 500 kg/m3, tal como menor de 450 kg/m3. Una "poliolefina" o "polialqueno" es un polímero producido a partir de una olefina simple de fórmula C²H²n, tal como un monómero.

Un "polietileno" es una poliolefina producida mediante polimerización del monómero etileno.

Un "copolímero" o "heteropolímero" es un polímero de dos o más especies monoméricas.

Un "polietileno de alta densidad" o "HDPE" es un polímero de etileno que tiene una densidad mayor de 0,941 g/cm3. Un "polietileno de baja densidad" o "LDPE" es un homopolímero de polietileno que tiene una densidad de 0,910 a 0,935 g/cm3. El LDPE se conoce también como polietileno ramificado o ramificado heterogéneamente debido al número relativamente grande de ramas de cadena larga que se extienden desde la estructura principal del polímero. El LDPE se ha fabricado comercialmente desde la década de 1930 y es bien conocido en la técnica.

Un "polietileno lineal de baja densidad" o "LLDPE" se refiere a un copolímero de polietileno que tiene una densidad de 0,89 g/cm3. El LLDPE es lineal y no contiene sustancialmente ramificaciones de cadena larga, y generalmente tiene una distribución de peso molecular más estrecha que el LDPE convencional. El "polietileno lineal de baja densidad" (LLDPE) tradicional puede producirse con catalizadores Ziegler-Natta convencionales. El LLDPE se ha fabricado también comercialmente durante mucho tiempo (desde la década de 1950 mediante reactores de solución y desde la década de 1980 mediante reactores de fase gaseosa) y es también bien conocido en la técnica.

Un "mLLDPE" es un polietileno lineal de baja densidad producido mediante catalizadores de metaloceno en reactores de fase gaseosa y/o con catalizadores de metaloceno en reactores de suspensión y/o con cualquiera de los catalizadores de haftoceno en reactores de solución. Los polímeros mLLDPE son bien conocidos en la técnica de la tecnología de envasado.

Una "pieza en bruto" significa una lámina tubular plana, no plegada, prefabricada, de un material de envasado. Un ejemplo de un material de envasado de una pieza en bruto comprende una capa de alto volumen específico y revestimientos de plástico herméticos a los líquidos en cada lado de la capa de alto volumen específico. La pieza en bruto se usa para fabricar recipientes de envasado sellados erigiendo la pieza en bruto en un manguito tubular abierto que se sella transversalmente en un extremo antes de llenar y sellar transversalmente el extremo abierto.

Un "espesor", con referencia al material de envasado, a un recipiente de envasado o a las capas del mismo, se determina, a menos que se defina lo contrario, mediante microscopía, por ejemplo, mediante un microscopio adecuado, tal como los comercializados bajo el nombre Olympus, por ejemplo, BX51.

"Alimento líquido o semilíquido" se refiere, en general, a productos alimenticios que tienen un contenido fluido que opcionalmente puede contener trozos de alimento. Los lácteos y leche, soja, arroz, cereales y bebidas de semillas, zumos, néctar, bebidas sin gas, bebidas energéticas, bebidas deportivas, bebidas de café o de té, agua de coco, bebidas de té, vino, sopas, jalapeños, tomates, salsa (tal como salsa para pasta), frijoles y aceite de oliva son algunos ejemplos no limitativos de los productos alimenticios contemplados.

"Aséptico", en conexión con un material de envasado y un recipiente de envasado se refiere a condiciones en las que los microorganismos se eliminan, se inactivan o se matan. Los ejemplos de microorganismos son bacterias y esporas. Generalmente, se usa un proceso aséptico cuando un producto se envasa asépticamente en un recipiente de envasado.

El término "termosellado" se refiere al proceso de soldar una superficie de un material termoplástico a otra superficie termoplástica. Bajo las condiciones apropiadas, tales como cuando se aplica suficiente calor y presión, un material termosellable debería ser capaz de generar un sello cuando se presiona contra y en contacto con otro material termoplástico adecuado. El calentamiento adecuado puede conseguirse mediante calentamiento por inducción o calentamiento ultrasónico u otros medios de calentamiento por contacto o por convección convencionales, por ejemplo, aire caliente.

Métodos

El gramaje (en (g/m2) se determinó usando una versión de ISO 536 que tenía menos muestras y un tamaño de muestra más pequeño. Las piezas de ensayo circulares con un área en el plano de 100±1 cm2 se produjeron usando un dispositivo de corte (cortador de disco o punzón). Se pesaron cinco piezas de ensayo circulares cada una en una balanza con una lectura de una precisión de ±0,5%. El gramaje de cada pieza de ensayo se calculó dividiendo la masa de la pieza de ensayo por el área en el plano.

El espesor (la distancia (en |jm) entre las dos superficies planas, que están colocadas a cada lado del material de papel y se someten a una presión de 100 kPa) se determinó usando una versión de ISO 534 en la que se analizaron menos muestras, pero se midieron varios puntos por cada muestra. Las piezas de ensayo circulares con un área en el plano de 100±1 cm2 se produjeron usando un dispositivo de corte (cortador de disco o punzón). Se produjeron cinco piezas circulares para cada muestra. Para cada pieza de ensayo, el espesor se midió como micrómetro de peso muerto según ISO 534 en tres puntos diferentes y el espesor de la pieza de ensayo se evaluó como el valor medio de estas tres mediciones.

Las propiedades de tracción se determinaron usando una versión de ISO 1924:3. Una pieza de ensayo de una dimensión determinada, de 15 mm de anchura y suficientemente larga (>150 mm) se tensó para romperse a una tasa de alargamiento constante (100 mm/min) usando una máquina de ensayo que registra automáticamente tanto la fuerza de tracción como el alargamiento. Los ensayos se realizaron en la dirección de la máquina (MD) y en la dirección transversal (CD) por separado. Se usaron 10 piezas de ensayo para cada muestra según ISO 1924:3.

La fuerza de compresión (ensayo de compresión de tramo corto (SCT)) se determinó usando una versión de ISO 9895 en la que se ensayaron 10 muestras en cada dirección. Una pieza de ensayo de 15 mm de anchura y > 70 mm de largo se sujetó entre dos abrazaderas, separadas 0,70 mm, que se forzaron una hacia la otra hasta que se produjo un fallo por compresión. Se midió la fuerza máxima y se calculó la resistencia a la compresión. El papel o cartón se ensayó en 10 piezas de ensayo en la dirección MD y 10 piezas de ensayo en la dirección CD por separado.

La resistencia a la delaminación (Scott Bond) se determinó como sigue. Una pieza de ensayo se cortó y se montó entre un yunque de acero y un soporte de aluminio con forma de L usando cinta adhesiva de doble cara. Se aplicó una presión específica a las placas metálicas para garantizar una unión repetible y se liberó un péndulo desde una posición horizontal inicial y se dejó que golpeara el soporte con forma de L al alcanzar su posición vertical, causando la delaminación de la pieza de ensayo. La energía consumida por el proceso de delaminación se evaluó registrando la oscilación de pico en exceso del péndulo. La fuerza de unión interna se calculó como la energía registrada dividida por el área en el plano de la pieza de ensayo.

La deformación z residual (la deformación residual en la dirección z (dirección del espesor)) después de una carga específica sobre la muestra se determinó con un dispositivo de carga Lloyd LR10K. El área de la muestra expuesta a la carga fue de 15,2 cm2, con un radio circular de 22 mm. La muestra de cartón se colocó sobre la mesa de carga y se aplicó una presión máxima de 2 MPa (fuerza 3.041 N) sobre la muestra durante un período de 1 s. El cambio relativo se calculó con el espesor inicial de la lámina (medido con un dispositivo estándar separado) y la lectura del sensor de desplazamiento que muestra el cambio de espesor absoluto, es decir, la reducción de espesor permanente, debida a la compresión. La deformación residual se determinó como el punto en el que no hubo una caída evidente adicional en la fuerza de carga. Se realizaron al menos cinco mediciones paralelas en puntos separados. La medición de la deformación residual puede realizarse también con cargas secuenciales, informando acerca de la magnitud del cambio de espesor después de cada carga.

Los materiales de envasado laminados se obtienen mediante diversos métodos de laminación de capas entre sí, tales como laminación por extrusión, laminación con adhesivo en húmedo o en seco, laminación por calor-presión, y pueden incluir también diversos métodos de revestimiento. Aunque la técnica de laminación particular no es crucial con el fin de conseguir los beneficios de los aspectos y las realizaciones descritos en el presente documento, la laminación por extrusión es un ejemplo que puede usarse adecuadamente para producir materiales de envasado laminados, en particular envases de cartón usados para alimentos, tales como alimentos líquidos y semilíquidos.

Según los aspectos y las realizaciones descritos en el presente documento, se proporciona un recipiente de envasado que tiene una vida útil prolongada, la vida útil no es menor de 3, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 meses. Naturalmente, una vida útil prolongada es preferible. Generalmente se requiere una vida útil de al menos 12 meses, que, sin embargo, puede variar según las diferentes preferencias. En un aspecto, un recipiente de envasado realizado a partir del material de envasado en el presente documento descrito tiene una vida útil de 12 meses.

En particular, dicho material de envasado laminado comprende una capa de alto volumen específico, que comprende un material de celulosa fibrosa formada con espuma, denominada también celulosa espumada. Por consiguiente, la celulosa espumada es un material fibroso, con densidad ajustable, que puede fabricarse mediante un proceso de formación de espuma. La capa de material de alto volumen específico está dispuesta para permitir la contribución más eficaz a la rigidez a la flexión de un laminado.

La celulosa fibrosa formada con espuma según la presente invención está basada en fibras de celulosa, que comprenden celulosa modificada, que se modifica para contener la funcionalidad dialcohol celulosa. Dichas fibras funcionales de dialcohol celulosa se obtienen sometiendo fibras de celulosa no modificadas, convencionales, de cualquiera de los tipos indicados anteriormente de pulpa de celulosa o suspensión de fibra de celulosa, a un tratamiento de oxidación selectivo de los enlaces C2-C3 disponibles en la celulosa, formando de esta manera parcialmente dialdehído celulosa, y reduciendo posteriormente la dialdehído celulosa para formar dialcohol celulosa. El grado de conversión a dialdehído celulosa puede variar del 10 al 50%, tal como del 13 al 49%, tal como del 20 al 45%, en base al número inicial de enlaces C2-C3 disponibles en la celulosa. De esta manera, la dialcohol celulosa modificada comprende tanto dialcohol celulosa no modificada como dialcohol celulosa. La celulosa modificada, que contiene dialcohol celulosa, puede añadirse a una composición de fibra de celulosa no modificada o una composición de espuma fibrosa de manera que el contenido final de dialcohol celulosa, basado en el número total de enlaces C2-C3 en la mezcla final de celulosa de espuma fibrosa, sea aproximadamente del 0,5 al 25%, tal como del 0,5 al 20%, tal como del 0,5 al 10%, tal como del 0,5 al 5%.

Una capa de alto volumen específico adecuada para los aspectos y las realizaciones descritos en el presente documento comprende de esta manera principalmente o solo el material de celulosa de baja densidad formado con espuma y, por consiguiente, tiene aproximadamente o exactamente las mismas propiedades físicas que el material de celulosa fibrosa formado con espuma de la invención.

Sin embargo, según una realización adicional la capa de alto volumen específico puede comprender además una capa de reborde o de revestimiento, adicional, integrada, de un material basado en celulosa, tal como un papel delgado, que tiene una mayor rigidez a la tracción y una mayor densidad, con el fin de proporcionar características constructivas de tipo sándwich en el interior de la propia capa de alto volumen específico. A continuación, la capa de material formado con espuma se lamina o se dispone de manera que esté en contacto de capa contigua con al menos una capa de papel de revestimiento, en el interior de la capa de alto volumen específico.

El material de envasado laminado final puede comprender una capa de alto volumen específico de celulosa formada con espuma y al menos una capa de material de celulosa diferente adicional, tal como un papel delgado o una capa de revestimiento de cartón de espesor reducido, laminándose las capas mediante operaciones de laminación subsiguientes en la fabricación. del material de envasado laminado.

De esta manera, una capa de alto volumen específico, multicapa, puede ser un laminado de capas individuales producidas de manera independiente y pegadas entre sí subsiguientemente. De manera alternativa, puede formarse ya un volumen multicapa en la máquina de fabricación de papel. Por ejemplo, una capa de celulosa formada con espuma puede ser formada por una caja de entrada, mientras que otra capa de papel, o una capa de fibras de celulosa diferentes, es formada por otra caja de entrada en la misma máquina. El uso de múltiples cajas de entrada en la misma máquina de papel es bien conocido en el campo de la fabricación de papel. También es posible usar una caja de entrada estratificada para formar las capas de un producto multicapa.

En una realización diferente de la invención, el material de fibra de celulosa formado con espuma puede distribuirse en un molde y posteriormente puede deshidratarse y secarse para obtener una forma tridimensional final. De esta manera, mediante la fuerza de unión interna mejorada, es decir, la resistencia a la delaminación, es posible producir un artículo tridimensional moldeando la composición de espuma fibrosa acuosa sin la adición de grandes cantidades de aditivos o polímeros adicionales, para el propósito de fuerza de unión interna.

La capa de alto volumen específico o el material de celulosa formado con espuma usado en el presente documento tiene un gramaje de peso superficial de al menos 20 g/m2 En algunas realizaciones, el gramaje está comprendido entre 20-440 g/m2. El gramaje depende, por ejemplo, de los requisitos conferidos por los diferentes tipos de envases. El gramaje de la capa de alto volumen específico se evalúa según la norma ISO 536. El gramaje de peso superficial expresa el peso por unidad de área y se mide en g/m2. La capa de alto volumen específico tiene normalmente un espesor comprendido entre 80-1.100 pm, y se selecciona de manera apropiada con el fin de obtener la rigidez deseada adecuada para el tipo de recipiente de envasado y el producto alimenticio deseado. El espesor de la capa de alto volumen específico puede evaluarse mediante microscopía o mediante un método de gramaje de capa, tal como se describe a continuación en el presente documento. El gramaje de capa de una capa en un material de envasado laminado es el peso por unidad de área en g/m2 de esa capa. El gramaje de una capa de alto volumen específico en un material de envasado laminado se calcula como la diferencia entre el gramaje total y los gramajes de capa de las capas de polímero y de lámina de aluminio.

La celulosa formada con espuma proporciona al menos el 20%, tal como al menos el 25%, tal como al menos el 30%, tal como al menos el 40% del espesor de la capa de alto volumen específico. Los porcentajes pueden determinarse examinando la sección transversal del material de envasado en un microscopio.

Según algunos aspectos y realizaciones, la capa de alto volumen específico puede ser tratada o revestida superficialmente con el fin de mejorar la adhesión y la compatibilidad entre las capas circundantes del laminado de envasado y/o para obtener propiedades deseadas adicionales, tales como una rigidez mejorada. Dicho tratamiento de superficie puede proporcionarse mediante la exposición de la superficie del material a tratamientos de corona, ozono o llama, o similares.

La capa de alto volumen específico tiene, por ejemplo, un espesor de 80 a 1.100 pm, tal como de 90 a 800 pm, tal como de 150 a 600 pm, tal como de 200 a 550 pm, tal como de 250 a 350 pm. Expresado como peso superficial, g/m2, un intervalo adecuado correspondiente es de 20 a 440 g/m2, tal como de 25 a 350 g/m2, tal como de 45 a 250 g/m2, tal como de 60 a 220 g/m2, tal como de 60 a 200 g/m2.

La celulosa formada con espuma de la presente invención tiene una fuerza de unión interna mejorada adicionalmente, es decir, resistencia a la delaminación, en comparación con la celulosa formada con espuma correspondiente que no comprende pulpa modificada con dialcohol celulosa en su composición. Además, tiene también propiedades mecánicas mejoradas, tales como la deformación por tracción, la resistencia a la tracción y a la compresión.

Sin estar limitado a una determinada teoría, se cree que las fibras de dialcohol celulosa son de naturaleza más amorfa y más móviles molecularmente que las fibras de celulosa convencionales, no modificadas, y que están situadas como capas que rodean un núcleo más cristalino de fibras de celulosa no modificadas. Se cree que esta morfología de la mezcla de celulosa facilita la deformación plástica tanto en el interior de las fibras individuales como entre las mismas, en deformaciones más allá del límite elástico. Dicha configuración de un núcleo rígido y una cubierta blanda en la celulosa parece ventajosa para crear un área unida más grande y para obtener una mayor resistencia y capacidad para absorber energía tras una deformación.

Una razón plausible de las propiedades altamente mejoradas de una celulosa formada con espuma que contiene cantidades bastante bajas de dialcohol celulosa puede ser que es posible retener la mayoría o la totalidad de las fibras modificadas en la composición, ya que tienen la misma dimensión que las otras fibras de pulpa presentes en la composición, de esta manera, aprovechando al máximo sus efectos positivos sobre la composición de celulosa en su conjunto.

La capa de alto volumen específico, que incluye una capa de celulosa formada con espuma y opcionalmente una capa de celulosa adicional, puede estar provista de revestimientos, tales como, por ejemplo, revestimiento de arcilla, o puede estar modificada en su superficie. Dichos revestimientos o modificaciones superficiales pueden ser también adecuadas para su aplicación a una capa adicional, que, por ejemplo, está destinada a la impresión, y dispuesta entre la capa de alto volumen específico (que incluye opcionalmente una capa de celulosa adicional) y la capa de polímero termosellable más exterior. La capa de alto volumen específico, que incluye opcionalmente una capa adicional, tal como una capa delgada de revestimiento de papel, puede modificarse en su superficie o puede haber una capa adhesiva o aglutinante con el fin de facilitar la compatibilidad y la unión entre la capa de alto volumen específico y las capas adicionales.

La capa de alto volumen específico comprende celulosa formada con espuma como material de alto volumen específico y se caracteriza por una densidad menor de 700 kg/m3, tal como de 100 a 600 kg/m3, tal como de 100 a 500 kg/m3, tal como de 200 a 500 kg/m3, tal como de 200 a 400 kg/m3, tal como de 300 a 500 kg/m3, tal como de 300 a 400 kg/m3, tal como de 200 a 300 kg/m3. En algunos aspectos y realizaciones, la capa de alto volumen específico está compuesta por celulosa formada con espuma, de esta manera, no constituyendo realmente en sí misma una capa de alto volumen específico, sino más bien una capa separadora para una configuración laminada o de tipo sándwich final, y la capa separadora de alto volumen específico tiene una densidad menor de 700 kg/m3, de 100 a 600 kg/m3, tal como de 100 a 500 kg/m3, tal como de 200 a 500 kg/m3, tal como de 200 a 400 kg/m3, tal como de 300 a 500 kg/m3, tal como de 300 a 400 kg/m3, tal como de 200 a 300 kg/m3. Cuanto menor sea la densidad del material de alto volumen específico de celulosa formado con espuma, mayor será la rentabilidad en lo que se refiere a las materias primas consumidas, mientras que se obtuvo una mejor resistencia a las propiedades de reducción del espesor de una celulosa formada con espuma por encima de 300 kg/m3. Según una realización, se ha llegado a la conclusión de que la densidad óptima de la celulosa formada con espuma a ser usada en materiales de envasado laminados es de 200 a 500 kg/m3, en particular de 200 a 400 kg/m3, tal como de 300 a 400 kg/m3. En algunas realizaciones, un material de envasado laminado comprende una capa de alto volumen específico que comprende el material de celulosa formado con espuma, tal como se ha definido anteriormente, y al menos una capa de material termoplástico laminado al mismo. La capa termoplástica cubre y protege la capa de alto volumen específico basada en celulosa y puede constituir un lado termosellable exterior del material de envasado laminado.

El lado de la capa de alto volumen específico que se convertirá en el lado exterior del recipiente de envasado cerrado y sellado puede imprimirse con un patrón de tinta decorativa y, posteriormente, puede revestirse con una capa termoplástica, exterior, hermética a los líquidos y termosellable.

Según los aspectos y las realizaciones descritos en el presente documento, la capa de alto volumen específico proporciona de esta manera una oportunidad para incorporar una celulosa formada con espuma a un material de envasado laminado adecuado para preparar recipientes de envasado para productos alimenticios, especialmente para productos alimenticios líquidos y semilíquidos. La laminación de la capa de alto volumen específico y del material de alto volumen específico de celulosa formada con espuma a capas de polímero puede realizarse mediante operaciones de extrusión por fusión, tal como revestimiento por extrusión y laminación por extrusión de las capas de plástico. La extrusión se realiza generalmente a altas temperaturas, tal como, en el caso de polietilenos de baja densidad, hasta aproximadamente 330°C. Se ha demostrado que dichas temperaturas no representan un problema importante para una capa de alto volumen específico que comprende celulosa formada con espuma. Esto contrasta con el caso de las capas de alto volumen específico de capas de polímero espumado. La celulosa formada con espuma es bastante estable térmicamente por encima de 300°C y tiene una baja transferencia de calor, a diferencia de las capas de polímero espumado en general. Se ha observado que, a densidades relativamente bajas de 200 a 400 kg/m3, una lámina de celulosa formada con espuma no pierde demasiado de su espesor original en las operaciones de laminación por extrusión y mantiene también suficientemente su resistencia inicial a la delaminación, así como su denominada resistencia z.

La capa de alto volumen específico que comprende celulosa formada con espuma, tal como se describe en los aspectos y las realizaciones del presente documento, proporciona la resistencia deseada contra la delaminación, es decir, no se deslamina fácilmente bajo condiciones estándar. La resistencia a la delaminación puede determinarse, por ejemplo, mediante el dispositivo de ensayo Huygen Internal Bonding Energy según TAPPI T569 y proporciona un valor de J/m2 en el que para el material de envasado en el presente documento está comprendido entre 60-300 J/m2, tal como 60-250 J/m2, tal como 80-220 J/m2, tal como 140-220 J/m2, tal como 170-220 J/m2. En algunos aspectos y realizaciones, la capa de alto volumen específico proporciona una distancia entre una capa de barrera y una capa de polímero termoplástico, termosellable, más exterior, y, de esta manera, permite estructuras de material de envasado laminado realizadas a medida. En algunas realizaciones, la capa de alto volumen específico que comprende celulosa formada con espuma proporciona una resistencia a la delaminación mejorada en combinación con resistencia a la compresión en la dirección del espesor, lo que proporciona una distancia suficiente entre la capa de barrera y la capa termoplástica más exterior.

La celulosa formada en espuma puede generarse mezclando fibras de celulosa y un fluido espumoso, tal como agua con un tensioactivo, tal como dodecilsulfato de sodio (SDS) (o el denominado alurilsulfato de sodio (SLS)). La cantidad de tensioactivo debería ser de 0,01 a 1.000 ppm, tal como de 0,01 a 100 ppm, tal como de 0,01 a 10 ppm, tal como de 0,05 a 10 ppm, tal como de 0,1 a 8 ppm. En particular, cuando se usa SDS, la cantidad de agente espumante es de 0,05 a 10 g/l, tal como de 0,1 a 8 g/l. Un mezclador de rotor en un generador de espuma general genera la celulosa formada con espuma. La espuma se forma generalmente introduciendo un gas en la mezcla. El aire es un ejemplo de gas apropiado. Otro gas adecuado es el oxígeno. Generalmente, el gas se introduce en la mezcla mediante gas presurizado y mediante el vórtice causado por la agitación. Generalmente, la celulosa se proporciona como una dispersión líquida que comprende fibras de celulosa. Un ejemplo de líquido es el agua. Algunos ejemplos de fibras de celulosa son fibras basadas en celulosa, tales como fibras de pulpa química, fibras de pulpa químico-termomecánicas, fibras de pulpa termomecánicas y fibras de pulpa Kraft. La dispersión de fibras puede añadirse, por ejemplo, al fluido espumante una vez que el fluido haya generado una espuma (incluido el tensioactivo). Opcionalmente, la dispersión líquida que comprende fibras de celulosa puede combinarse con el fluido espumante antes de la formación de espuma. Si es necesario, puede añadirse un aditivo para controlar la consistencia de la espuma. La cantidad de fibras en la composición de espuma fibrosa es del 0,1 al 10% en peso, tal como del 0,1 al 7% en peso, tal como del 0,1 al 5, tal como del 0,5 al 5, tal como del 0,5 al 4, tal como del 0,5 al 3% en peso, en base a la composición de espuma húmeda total.

La celulosa formada con espuma generada tal como se describe en el presente documento pasa a través de una disposición de boquillas ("caja de entrada") donde la presión y las herramientas de formación generan una banda de celulosa formada con espuma que se enrolla en un carrete, después de secarla al menos parcialmente y almacenarla, antes de su uso futuro para preparar, por ejemplo, un material de envasado. Opcionalmente, la banda de celulosa formada con espuma puede usarse en línea, es decir, aplicando directamente capas adicionales con el fin de transformar la banda de celulosa formada con espuma en un material de envasado laminado para el envasado de alimentos líquidos o semilíquidos. En comparación con la fabricación de papel tradicional, de manera adecuada, puede usarse un secado adicional o modificado con el fin de conseguir la sequedad y la densidad deseadas.

En algunas realizaciones, la celulosa formada con espuma de la invención puede mezclarse además con cantidades de aditivos (tal como menos del 10% en peso) de otros materiales, tales como productos químicos o agentes de refuerzo, tales como almidón y derivados del mismo, o carboximetilcelulosa y derivados de la misma. El almidón puede añadirse, por ejemplo, a menos el 6% en peso de la composición de celulosa, preferiblemente del 0,5 al 5,5% en peso, tal como del 2 al 5% en peso.

Además, pueden añadirse a la composición de celulosa agentes de encolado, tales como anhídrido alquilsuccínico (ASA), dímero de alquilceteno (AKD) y colofonia en cantidades de hasta 4 kg/tonelada. En la producción de cartón de envasado de líquidos, el encolado interior se realiza normalmente añadiendo AKD (dímero de alquilceteno).

No es necesaria una adición adicional de polímeros a la composición de fibras formadas con espuma de la presente invención, con el fin de permitir el uso del material de celulosa formado con espuma obtenido para materiales de alto volumen específico en materiales y laminados de envasado de cartón para líquidos.

En algunas realizaciones, el material de envasado laminado comprende una capa adicional entre la capa termoplástica más exterior y la capa de alto volumen específico. La capa adicional puede ser, por ejemplo, una capa de papel o de cartón o una película de polímero. La capa adicional puede contener una impresión sobre el lado que se convertirá en el exterior del recipiente de envasado. Siempre que la capa adicional sea una capa de papel, cartón o celulosa, un gramaje de al menos 20 g/m2 y en algunas realizaciones entre 20 y 100 g/m2 es adecuado. La capa de papel puede revestirse con un revestimiento blanco o con una capa de revestimiento de arcilla para mejorar la blancura de la superficie. Siempre que la capa adicional sea una película de polímero, su espesor debería estar comprendido entre 10-50 gm. Los ejemplos de películas adecuadas son películas prefabricadas orientadas, tales como BOPP (polipropileno orientado biaxialmente), BoPET (tereftalato de polietileno orientado biaxialmente), poliamida y películas de polietileno orientado de alta densidad.

La capa adicional puede seleccionarse de entre una capa de papel que tenga un gramaje comprendido entre 20 y 100 g/m2 y una película de polímero que tenga un espesor de 10-50 gm.

Según los aspectos y las realizaciones divulgadas en el presente documento, el material de envasado laminado comprende una capa de alto volumen específico que tiene una densidad menor de 700 kg/m3 y que comprende celulosa formada con espuma de la presente invención, dicho material de envasado comprende además una capa adicional dispuesta con la ayuda de una capa de unión, tal como por ejemplo una capa de unión de polímero termoplástico, tal como una capa de unión de polímero o copolímero basado en poliolefina, en la que la capa de unión está dispuesta entre la capa de alto volumen específico y la capa adicional, y dicha capa adicional en el lado opuesto a la capa de unión tiene un patrón impreso decorativo dispuesto, dicha capa de alto volumen específico, en el lado opuesto a la capa de unión está provista de una capa de barrera, que, en el lado opuesto a la capa de alto volumen específico, está provista de una capa termosellable. La capa más exterior que cubre el patrón decorativo impreso es una capa de poliolefina, tal como una capa de poliolefina termosellable más exterior, para estar en contacto con los alrededores de un recipiente de envasado, por ejemplo, LDPE o polipropileno. La capa termoplástica más exterior proporciona protección adicional, por ejemplo, resistencia a la humedad y resistencia al rayado/desgaste, y estabilidad al recipiente de envasado.

El espesor de la capa exterior del material de envasado, dirigido hacia el exterior de un envase realizado en el material, está comprendido, por ejemplo, entre 5 gm-50 gm, tal como de 7 gm-30 gm, tal como de 7 gm-20 gm, tal como de 8 gm-15 gm.

Debido a que la capa termoplástica más exterior cubre el patrón de impresión decorativa, debe ser transparente de manera que la decoración impresa sea bien visible desde el exterior del envase sin verse deteriorada por la calidad de la capa de plástico.

En el lado de la capa de alto volumen específico opuesto a la decoración impresa y, por lo tanto, orientado hacia el interior del recipiente de envasado final, se dispone una capa de barrera, por ejemplo, por medio de una capa laminada intermedia que podría ser una capa basada en poliolefina de, por ejemplo, HDPE, LDPE, polipropileno u otra capa de polímero termoplástico adecuado, tal como copolímero de etileno-ácido acrílico (EAA), que además facilita la adhesión entre la capa de alto volumen específico y la barrera de oxígeno. Opcionalmente, la capa de alto volumen específico y/o la capa de barrera pueden tratarse o modificarse con el fin de conseguir la adhesión entre las capas, en cuyo caso la capa laminada puede no ser necesaria. Por ejemplo, puede usarse un revestimiento que modifique la superficie de uno o más de los sustratos. En algunas realizaciones, la capa de barrera es una lámina de aluminio, una película de barrera o un revestimiento. Cuando se usa una lámina de aluminio, un espesor adecuado está comprendido entre 3-15 gm, por ejemplo, entre 5-10 gm, tal como entre 5-8 gm. En una realización, la capa laminada se aplica mediante un proceso de extrusión usando equipo de extrusión disponible comercialmente. Los materiales, adecuados como capa laminada, son conocidos y comprenden convencionalmente una poliolefina. Según una realización, el material de laminación comprende un polietileno o mezclas de los mismos. Dentro del grupo de los polietilenos, las propiedades de las capas de laminación pueden variarse y adaptarse para conseguir diversas propiedades finales en un material de envasado. Las variaciones de la capa laminada para el tipo deseado de material de envasado para alimentos líquidos y semilíquidos se encuentran, por lo tanto, en gran medida dentro del grupo de los polímeros de polietileno.

El espesor de la capa laminada del material de envasado está comprendido, por ejemplo, entre 5 gm-50 gm, tal como 10 gm-30 gm, tal como 15 gm-30 gm, tal como 17 gm-25 gm.

La capa de barrera, tal como la capa de barrera contra el oxígeno (por ejemplo, lámina de aluminio o una película de polímero, tal como una película termoplástica revestida mediante deposición por vapor) se dispone con la ayuda de la capa laminada en el lado opuesto a la capa de alto volumen específico. Opcionalmente, la capa de alto volumen específico y/o la capa de barrera pueden tratarse o modificarse para conseguir la adhesión entre las capas, en cuyo caso no se necesita la capa laminada. Por ejemplo, puede usarse un revestimiento que modifique la superficie de uno o más de los sustratos. En alguna realización, la capa de barrera tiene un adhesivo en el lado opuesto a la capa laminada opcional. Las personas expertas en la técnica tienen la capacidad de seleccionar el adhesivo en función de las propiedades deseadas y la compatibilidad con la capa con la que está en contacto. Cuando la capa de barrera es una lámina de aluminio, un ejemplo de adhesivo son los copolímeros de etileno con comonómeros que tienen funcionalidad ácido carboxílico, tal como copolímero de etileno y ácido acrílico, comercializado por ejemplo bajo el nombre comercial Primacor® por Dow o Nucrel® por Dupont.

El material de envasado contiene además una capa termosellable más interior. Un ejemplo de una capa termosellable es un polímero de poliolefina termosellable que se aplica como una capa a estar orientada hacia el interior del recipiente, es decir, en contacto directo con los alimentos. La capa termosellable para la capa más interior puede ser, de manera adecuada, un polímero de polietileno del tipo de baja densidad, seleccionado de entre el grupo que consiste en LDPE, LLDPE, VLDPE, ULDPE o mLLDPE y mezclas de dos o más de los mismos. La disposición de la capa termosellable es similar a la capa laminada y lo que se ha divulgado anteriormente en conexión con la capa laminada se aplica también a la capa más interior, termosellable. Dependiendo del tipo de envases producidos a partir del material de envasado, son concebibles también capas interiores termosellables de co- o ter- polímeros de polietileno, polipropileno o propileno de alta densidad dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas, siempre y cuando sean compatibles con y consigan el efecto deseado en combinación con otros componentes del material de envasado y, en particular, el adhesivo, tal como se describe en el presente documento. Los ejemplos adecuados para su uso como capas más interiores son mezclas entre LDPE y mLLDPE (por ejemplo, proporciones de mezclado de 50/50, 40/60, 60/40, 30/70, 70/30, 20/80, 80/20% en peso), tales como LDPE de grado de extrusión. El espesor de la capa más interior del material de envasado está comprendido, por ejemplo, entre 5 gm-50 gm, tal como 10 gm-30 gm, tal como 15 gm-30 gm, tal como 17 gm-25 gm.

Generalmente, es posible detectar las diferentes capas presentes en el material de envasado, por ejemplo, mediante microscopía. Puede que no sea posible separar una o más de las capas, por ejemplo, el adhesivo, desde la capa termosellable y, de esta manera, en determinadas realizaciones, la capa que forma el interior del recipiente de envasado es una combinación del adhesivo y de la capa termosellable, donde la capa termosellable está orientada hacia el producto alimenticio líquido o semilíquido. La capa adhesiva del material de envasado como se describe en el presente documento tiene un espesor comprendido entre 3 gm-12 gm, tal como 4 gm-10 gm tal como 5 gm-9 gm. La capa adhesiva puede caracterizarse mediante diferentes métodos que incluyen, por ejemplo, espectroscopia de infrarrojos (IR).

Naturalmente, los ejemplos a los que se ha hecho referencia anteriormente funcionan como una guía general y también son posibles otros polímeros en las capas más exterior y más interior y de laminación.

Por lo tanto, las capas indicadas anteriormente del material de envasado se aplican, por ejemplo, y de manera convencional, al lado respectivo del material de alto volumen específico mediante técnicas de revestimiento por extrusión y laminación por extrusión.

En particular, un material de envasado laminado según la invención comprende una capa de alto volumen específico, que comprende un material procedente de un material de fibra celulósica formado con espuma, denominado también celulosa espumada. La capa de material de alto volumen específico puede disponerse para proporcionar la contribución más eficaz a la rigidez a la flexión de un laminado. De esta manera, la capa de alto volumen específico puede seleccionarse de manera apropiada con el fin de obtener la rigidez deseada adecuada para el tipo de recipiente de envasado y el producto alimenticio deseado.

Una capa de alto volumen específico que comprende material de fibra celulósica formado con espuma según la presente invención proporciona la resistencia a la delaminación necesaria en combinación con resistencia a la compresión en la dirección del espesor, lo que proporciona una distancia suficiente entre una capa de barrera y una capa termoplástica más exterior del material de envasado.

De esta manera, una capa de alto volumen específico adecuada puede comprender principalmente o sólo el material de fibra celulósica formado con espuma y, por consiguiente, tiene aproximadamente, o exactamente, las mismas propiedades físicas que el material de fibra celulósica formado con espuma según la invención.

La capa de alto volumen específico puede comprender además una capa adicional, integrada, de reborde o de revestimiento de un material basado en celulosa, tal como un papel delgado, que tiene una mayor rigidez a la tracción y una mayor densidad, con el fin de proporcionar características constructivas de tipo Sándwich en el interior de la propia capa de alto volumen específico.

De esta manera, la capa de material de fibra celulósica formado con espuma puede laminarse o disponerse para estar en contacto de capa contigua con al menos una capa de papel de revestimiento, en el interior de la capa de alto volumen específico.

El material de envasado laminado final puede comprender una capa de alto volumen específico del material de fibra celulósica formado con espuma y al menos una capa de material de celulosa diferente adicional, tal como un papel delgado o una capa de revestimiento de cartón de espesor reducido, laminándose las capas mediante operaciones de laminación subsiguientes en la fabricación del material de envasado laminado.

Una capa de alto volumen específico multicapa puede ser un laminado de capas individuales producidas de manera independiente y posteriormente unidas entre sí.

De manera alternativa, un volumen multicapa puede formarse ya en la máquina de fabricación de papel. Por ejemplo, una capa de material de fibra celulósica formado con espuma puede ser formada por una caja de entrada (una disposición de boquillas), mientras que otra capa de papel, o una capa de diferentes fibras de celulosa, puede ser formada por otra caja de entrada en la misma máquina. El uso de múltiples cajas de entrada en la misma máquina de papel es bien conocido en el campo de la fabricación de papel. Es posible también usar una caja de entrada estratificada para formar las capas de un producto multicapa.

El material de envasado puede comprender una capa adicional entre la capa de alto volumen específico y la capa de revestimiento decorativa termosellable, más exterior.

Esta capa adicional puede tener un gramaje de peso superficial de al menos 20 g/m2

La capa adicional puede ser una capa de papel o una capa de polímero o una película de polímero.

La superficie de la capa adicional puede revestirse o modificarse con el fin de aumentar la adhesión a las capas adyacentes.

Si es necesario, por ejemplo, con el fin de conseguir una adhesión mejorada entre la capa adicional y la capa de alto volumen específico, puede haber presente una capa de unión.

La capa de unión puede seleccionarse de entre los materiales enumerados en la descripción de la capa laminada.

El material de envasado puede transformarse en un recipiente de envasado. El recipiente de envasado puede ser un recipiente de envasado aséptico. El recipiente de envasado puede ser un recipiente de envasado para alimentos líquidos o semilíquidos.

Un recipiente de envasado formado a partir del material de envasado según la invención puede ser de cualquier forma conocida.

El recipiente puede ser un recipiente sustancialmente con forma de ladrillo o de cuña que es duradero cuando se expone a la manipulación y a la distribución y que es resistente a la humedad y al gas oxígeno durante el almacenamiento a largo plazo, debido al material de envasado de alta calidad, que a su vez proporciona también una calidad de sellado y propiedades de barrera contra los gases suficientes.

De esta manera, algunas realizaciones se refieren a un material de envasado que comprende una capa de revestimiento de decoración termosellable, más exterior, que, en un lado de la capa, tiene una capa de alto volumen específico que tiene una densidad menor de 700 kg/m3 y que comprende celulosa formada con espuma de la presente invención, que, en el lado opuesto a la capa de revestimiento decorativa termosellable, más exterior, tiene una capa de barrera que, en el lado opuesto a la capa de alto volumen específico, tiene una capa termosellable termoplástica. En algunas realizaciones, la capa de barrera se lamina a la capa de alto volumen específico mediante una capa de unión laminada. Los materiales de las capas se seleccionan de entre las capas descritas anteriormente. En algunas realizaciones, el material de envasado se usa para producir recipientes de envasado para alimentos líquidos o semilíquidos. En algunas realizaciones, el material de envasado comprende una capa adicional entre la capa de alto volumen específico y la capa de revestimiento decorativa termosellable, más exterior. En algunas realizaciones, la capa adicional tiene un gramaje de peso superficial de al menos 20 g/m2. Si es necesario, por ejemplo, con el fin de conseguir una adhesión mejorada entre la capa adicional y la capa de alto volumen específico, hay presente una capa de unión. En algunas realizaciones, la capa de unión se selecciona de entre los materiales enumerados en la descripción de la capa laminada. En algunas realizaciones, la capa adicional es una capa de papel o una capa o una película de polímero. En algunas realizaciones, la superficie de la capa adicional puede revestirse o modificarse para aumentar la adhesión a las capas adyacentes.

Según un posible método de producción, el recipiente de envasado se obtiene proporcionando una capa de alto volumen específico que tiene una impresión opcional y un patrón de pliegue adecuado, la capa de alto volumen específico tiene un orificio cortado para una abertura de manera que un recipiente de envasado posea al menos un orificio (o atenuación). Los patrones de pliegue indicados anteriormente sirven como líneas de plegado para formar el envase final, tal como un Tetra Brik® Aseptic. Un ejemplo de un patrón de pliegue puede observarse, por ejemplo, en la Fig.3 del documento WO2012/163753. La capa de alto volumen específico se alimenta desde un rollo y la banda de la capa de alto volumen específico se trata opcionalmente con calor y/u ozono. La capa de laminado se dispone, en el lado opuesto a la impresión opcional, con la ayuda de una película de plástico que sale desde una extrusora. Normalmente, el material extruido tiene una temperatura mayor de 260°C, por ejemplo, mayor de 280°C, por ejemplo, mayor de 290°C, por ejemplo, mayor de 300°C. Con el fin de describir adicionalmente la laminación por extrusión, una extrusora funde y mezcla el polímero a extruir. En el caso de mezclas, la extrusora puede usarse también para mezclar los polímeros que, por ejemplo, se suministran a través de tolvas separadas. La película fundida, que une dos bandas o que se reviste sobre una banda en movimiento, se extruye a través de una matriz, después de lo cual la película extruida y la banda o las bandas se unen en una línea de contacto entre dos rodillos de laminación mientras se enfría y solidifica. Por ejemplo, una banda de la capa de alto volumen específico y una banda de la capa de barrera pueden unirse mediante una película de polímero fundido, extruida como una cortina continua de un espesor uniforme de polímero, en la línea de contacto entre los rodillos de laminación. Las capas de polímero exterior e interior pueden revestirse por extrusión como cortinas de película de polímero fundido similares, pueden extruirse en una línea de contacto de rodillo enfriada para solidificarse como un revestimiento de polímero sobre la banda de sustrato o, por ejemplo, material de alto volumen específico o barrera.

En una realización, el material de envasado descrito en el presente documento y en las reivindicaciones adjuntas proporciona un material de envasado que comprende una capa (11) de revestimiento de decoración termosellable, termoplástica, más exterior, que, en un lado de la capa, tiene una capa (27) adicional, dicha capa adicional tiene, en el lado opuesto a la capa de revestimiento de decoración termoplástica más exterior, una capa de unión para disponer una capa de alto volumen específico, dicha capa (12) de alto volumen específico, en el lado opuesto a la capa (11) de revestimiento de decoración, tiene una capa (13) laminada, dicha capa (13) laminada, en el lado opuesto a la capa (12) de alto volumen específico, tiene una barrera (14) contra el oxígeno, dicha barrera (14) contra el oxígeno, en el lado opuesto a la capa (13) laminada, tiene un adhesivo (15), y dicho adhesivo (15), en el lado opuesto a la barrera (14) contra el oxígeno, tiene una capa (16) termosellable. En una realización, el material de envasado se transforma en un recipiente de envasado aséptico. La transformación puede realizarse plegando previamente y sellando las partes del material de envasado en una pieza en bruto. Los ejemplos de envases realizados a partir de piezas en bruto son, por ejemplo, Tetra Recart® y recipientes de tipo “gable top”. A la pieza en bruto se le puede proporcionar un dispositivo de apertura y puede llenarse y sellarse en una máquina de llenado adecuada para manipular piezas en bruto. La transformación desde un material de envasado en un recipiente de envasado puede realizarse también usando la tecnología de formación, llenado y sellado de banda tubular continua, por ejemplo, en un Tetra Pak® A3 Speed/Flex. Un recipiente de envasado formado a partir del material de envasado según los aspectos y las realizaciones descritos en el presente documento puede tener cualquier forma conocida. En algunos aspectos, el recipiente descrito en el presente documento se refiere a un recipiente sustancialmente con forma de ladrillo o cuña que es duradero en la manipulación y la distribución y que es resistente a la humedad y al gas oxígeno durante el almacenamiento a largo plazo, debido al material de envasado de alta calidad, que a su vez proporciona también unas propiedades de calidad de sellado y de barrera contra los gases suficientes. Otros tipos de envases basados en cartón para el envasado de líquidos, en los que los aspectos y las realizaciones descritos en el presente documento pueden ser útiles, son un recipiente de envasado con forma de ladrillo, un recipiente de envasado de tipo “gable top”, un recipiente de envasado con forma de cuña, un recipiente de /S e\ nvasado d /&e base cuadrada, rectangular u octogon /Sa\l. Más específicamen /t&e los envases deno /S\minados Tetr /&a Brik , Tetra Brik Aseptic, Tetra Brik Edge, Tetra Gemina Aseptic, Tetra Prisma Aseptic, Tetra Rex y Tetra Top y Tetra Evero u otros tipos de envases con forma de botella que comprenden un manguito del material de envasado basado en cartón. Una realización descrita en el presente documento se refiere a envases Tetra Brik® de un tamaño conocido, tal como 200 ml, 250 ml, 500 ml y 1.000 ml que opcionalmente pueden tener una base cuadrada o una parte superior inclinada, tal como, por ejemplo, Tetra Brik® Edge.

En general, se ha concluido que la cantidad de fibras de celulosa puede reducirse significativamente en el material de envasado laminado de la invención, mientras que, sin embargo, mantiene las propiedades mecánicas y la idoneidad para el envasado de alimentos, en general, y para el envasado de cartón para líquidos, en particular. Además, se divulgan descripciones detalladas de realizaciones en conexión con la descripción de las realizaciones.

Descripción de los dibujos

Otras ventajas y rasgos característicos favorables serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, con referencia a las figuras adjuntas, en las que:

Las Figs. 1a y 1b son vistas en sección transversal de una capa de alto volumen específico para un material de envasado laminado según los aspectos descritos en el presente documento.

Las Figs. 2a y 2b son vistas en sección transversal de materiales de envasado laminados según los aspectos descritos en el presente documento.

La Fig. 3 es un dibujo esquemático de una extrusora, la película extruida, una banda de papel o de material de envasado y los rodillos dispuestos para unir el plástico y la capa de alto volumen específico.

Las Figs. 4a y 4b muestran ejemplos de recipientes de envasado producidos a partir del material de envasado según las realizaciones descritas en el presente documento.

La Fig. 5 muestra el principio de fabricación de dichos recipientes de envasado a partir del material de envasado en un proceso de formación, llenado y sellado continuo.

La Fig. 6 muestra un diagrama en el que los valores Scott Bond de resistencia a la delaminación de un material de celulosa formada con espuma de la presente invención (Ejemplo 1), así como sus densidades, se representan en función del contenido de celulosa modificada con dialcohol, en base a la cantidad añadida de dicha pulpa modificada, que tiene aproximadamente el 30% del total de los enlaces C2-C3 oxidables iniciales, oxidada y reducida a dialcohol celulosa.

La Fig. 7 muestra un diagrama en el que los valores del índice de tracción, es decir, la deformación por tracción normalizada por el gramaje (g/m2), de un material de celulosa formado con espuma de la presente invención (Ejemplo 1), se representan en función de diferentes cantidades añadidas de celulosa modificada con dialcohol, que tiene aproximadamente el 30% del total de los enlaces C2-C3 oxidables iniciales, oxidada y reducida a dialcohol celulosa.

La Fig. 8 muestra un diagrama en el que los valores de deformación por tracción de un material de celulosa formado con espuma de la presente invención (Ejemplo 1) se representan en función de diferentes cantidades añadidas de celulosa modificada con dialcohol, que tiene aproximadamente el 30% del total de los enlaces C2-C3 oxidables iniciales, oxidada y reducida a dialcohol celulosa.

La Fig. 9 muestra un diagrama en el que los valores de resistencia a la compresión en las direcciones MD y CD de un material de celulosa formada con espuma de la presente invención (Ejemplo 1) se representan en función de diferentes cantidades añadidas de celulosa modificada con dialcohol, que tiene aproximadamente el 30% del total de los enlaces C2-C3 oxidables iniciales, oxidada y reducida a dialcohol celulosa.

La Fig.10 muestra un diagrama en el que los valores Scott Bond, la resistencia a la delaminación y la densidad de un material de celulosa formada con espuma de la presente invención (ambos Ejemplos 1 y 2) se representan en función de diferentes cantidades añadidas de celulosa modificada con dialcohol, que tiene aproximadamente el 30% del total de los enlaces C2-C3 oxidables iniciales, oxidada y reducida a dialcohol celulosa.

La Fig. 11 muestra un diagrama en el que los valores del índice de tracción, es decir, la deformación por tracción normalizada por el gramaje (g/m2), de un material de celulosa formado con espuma de la presente invención (Ejemplo 2), se representan en función de diferentes cantidades añadidas de celulosa modificada con dialcohol, que tiene aproximadamente el 30% del total de los enlaces C2-C3 oxidables iniciales, oxidada y reducida a dialcohol celulosa.

La Fig. 12 muestra un diagrama en el que los valores de la deformación por tracción de un material de celulosa formado con espuma según la presente invención (Ejemplo 2) se representan en función de diferentes cantidades añadidas de celulosa modificada con dialcohol, que tiene aproximadamente el 30% del total de los enlaces C2-C3 oxidables iniciales, oxidada y reducida a dialcohol celulosa.

La Fig.13 muestra un diagrama en el que los valores de resistencia a la compresión en las direcciones MD y CD de un material de celulosa formada con espuma de la presente invención (Ejemplo 2), se representan en función de diferentes cantidades añadidas de celulosa modificada con dialcohol, que tiene aproximadamente el 30% del total de los enlaces C2-C3 oxidables iniciales, oxidada y reducida a dialcohol celulosa.

La Fig. 14 muestra un diagrama de la resistencia a la delaminación Scott Bond de un material de celulosa formado con espuma con diferentes cantidades y tipos de aditivos añadidos, a diferentes cantidades añadidas de celulosa modificada con dialcohol, que tiene aproximadamente el 30% del total de los enlaces C2-C3 oxidables iniciales, oxidada y reducida a dialcohol celulosa.

La Fig. 15 muestra un diagrama de la deformación residual después de la compresión en la dirección del espesor, de un material de celulosa formado con espuma con diferentes cantidades y tipos de aditivos añadidos, a diferentes cantidades añadidas de celulosa modificada con dialcohol, que tiene aproximadamente el 30% del total de los enlaces C2-C3 oxidables iniciales, oxidada y reducida a dialcohol celulosa.

La Figura 16 muestra la turbidez de filtrados DDJ de las suspensiones de pulpa en las que se usaron diferentes sistemas de retención a diferentes concentraciones de SDS. Los diamantes rellenos representan suspensiones de pulpa a las que no se añadió ningún sistema de retención; los cuadrados rellenos representan suspensiones de pulpa a las que se añadió CPAM antes de la adición de micropartículas; los triángulos rellenos representan suspensiones de pulpa a las que se añadió PEO antes de la adición de TA; y X indica suspensiones de pulpa a las que se añadió TA antes de la adición de PEO. La dosis de cada componente coadyuvante de retención, es decir, CPAM, micropartículas, PEO y TA, fue de 0,3 kg/t de pulpa seca.

La Figura 17 muestra la turbidez de filtrados DDJ de las suspensiones de pulpa con diferentes sistemas de retención a altas fuerzas de cizallamiento.

La Fig. 18 muestra un diagrama de flujo que ilustra una realización del método según la invención.

Descripción general de las realizaciones

La Fig. 1a muestra esquemáticamente una sección transversal de un ejemplo de una capa de alto volumen específico que consiste en la celulosa formada con espuma de la invención.

La celulosa formada con espuma comprende el 1,5% en peso de dialcohol celulosa, en base al contenido total de celulosa, y se preparó según los siguientes ejemplos descritos. Tiene una densidad de 301 kg/m3 y el espesor de la capa de alto volumen específico realizada a partir de la celulosa formada con espuma es de 286 pm. El valor Scott Bond medido en el material de celulosa formado con espuma fue de 178 J/m2.

La Fig. 1b muestra esquemáticamente una sección transversal de un ejemplo diferente de una capa de alto volumen específico. El mismo material de celulosa formado con espuma que el usado en la Fig. 1a, según este ejemplo, se laminó a un papel adicional, siendo un papel Kraft que tenía un peso superficial de 70 g/m2, formando, de esta manera, los dos materiales de celulosa, conjuntamente, una capa de alto volumen específico.

La Fig. 2a muestra esquemáticamente una sección transversal de un ejemplo de material de envasado laminado. La capa (21) de revestimiento de decoración exterior es una poliolefina, tal como un LDPE o PP adecuado. La capa exterior puede usarse para proporcionar un revestimiento para un patrón impreso, un orificio y/o un debilitamiento (no mostrado en la figura) provisto en la capa (22) de alto volumen específico, capa que está dispuesta en un lado de la capa (21) exterior. Entre la capa (21) exterior y la capa (22) de alto volumen específico se dispone una capa (27) adicional de papel o celulosa. La capa (22) de alto volumen específico, en el lado opuesto a la capa exterior, tiene una capa (23) laminada seleccionada de entre poliolefinas adecuadas, tales como LDPE o PP. La capa laminada proporciona adhesión a la barrera (24) contra el oxígeno, que se dispone en el lado opuesto de la capa (23) laminada. La capa (24) de barrera proporciona la barrera deseada, tal como barrera contra el oxígeno, la luz, el agua y el vapor, dependiendo de la necesidad específica determinada por el producto a envasar. La capa de barrera puede ser, por ejemplo, una lámina de aluminio o una película depositada por vapor, tal como una película revestida por deposición de vapor o metalizada, tal como una película revestida mediante PECVD (deposición química por vapor mejorada con plasma). En el lado opuesto a la capa laminada, se dispone un polímero (25) adhesivo sobre la capa de barrera. El adhesivo (25) puede aplicarse, por ejemplo, mediante revestimiento por extrusión. Cuando la capa de barrera es una lámina de aluminio, el adhesivo podría ser un adhesivo de copolímero de etileno ácido (met) acrílico (E(M)AA) comercializado bajo el nombre comercial Primacor® o Nucrel®. En el lado opuesto a la capa de barrera, el adhesivo está provisto de una capa (26) termosellable, tal como una poliolefina adecuada, tal como PE o PP o mezclas de los mismos. La capa termosellable es la capa que está orientada hacia el producto en el recipiente de envasado empaquetado terminado.

La Fig. 2b muestra esquemáticamente una sección transversal de un segundo ejemplo de un material de envasado laminado. La capa (21) exterior (a estar orientada hacia el exterior de un paquete realizado a partir del material) es una poliolefina, tal como un LDPE o PP adecuado. La capa exterior puede usarse para proporcionar un revestimiento con un patrón impreso, un orificio y/o un debilitamiento (no mostrado en la figura) que se proporciona en una o más de las otras capas del laminado. En un lado de la capa exterior y adyacente a la misma, se dispone un papel (27) delgado con un peso superficial de aproximadamente 100 g/m2 o menos. La capa (27) de papel delgada se lamina a una capa (22) de alto volumen específico, opuesta a la capa exterior, mediante una capa (28) de unión exterior termoplástica, intermedia. La capa (28) de unión puede seleccionarse de entre poliolefinas adecuadas, tales como LDPE o PP o mezclas de los mismos. La capa (28) de unión une entre sí la capa (22) de celulosa de alto volumen específico y la capa (28) de papel delgada. La capa (22) de alto volumen específico se lamina adicionalmente a una capa (23) de laminado de polímero termoplástico, en el lado de la capa de alto volumen específico opuesto al lado laminado a la capa (28) de unión. La capa (23) de laminado proporciona adhesión a una capa (24) de barrera contra el oxígeno, que está dispuesta en el lado opuesto de la capa (23) de laminado. La capa (24) de barrera proporciona la barrera deseada, tal como una barrera contra el oxígeno, la luz, el agua y el vapor, dependiendo de la necesidad específica determinada por el producto a envasar. La capa de barrera puede ser, por ejemplo, una lámina de aluminio o una película depositada por vapor, tal como una película metalizada o revestida por deposición de vapor, tal como una película revestida con PECVD. En el lado opuesto a la capa de laminado, se dispone un polímero (25) adhesivo sobre la capa de barrera. El adhesivo (25) puede aplicarse, por ejemplo, mediante revestimiento por extrusión. Cuando la capa de barrera es una lámina de aluminio, el adhesivo podría ser un adhesivo de copolímero de etileno ácido (met) acrílico (E(M)AA) adecuado comercializado bajo el nombre comercial Primacor® o Nucrel®. En el lado opuesto a la capa de barrera, el adhesivo se proporciona con una capa (26) termosellable, tal como una poliolefina adecuada, tal como PE o PP o mezclas o copolímeros de los mismos. La capa termosellable es la capa que está orientada hacia el producto en el recipiente de envasado empaquetado terminado.

Un material de envasado según la presente invención puede ser un material de envasado laminado que comprende una capa de revestimiento de decoración termosellable, termoplástica, más exterior, que, en un lado de la capa, tiene una capa de alto volumen específico que comprende el material de fibra celulósica formado con espuma de la invención. cuya capa de alto volumen específico en el lado opuesto a la capa de revestimiento decorativa tiene una capa laminada, dicha capa laminada, en el lado opuesto a la capa de alto volumen específico tiene una barrera contra el oxígeno, y dicha barrera contra el oxígeno, en el lado opuesto a la capa laminada tiene una capa termosellable.

Además, un material de envasado laminado puede comprender una capa de alto volumen específico que tiene una densidad menor de 700 kg/m3 y que comprende material de fibra celulósica formado con espuma según la presente invención. El material de envasado comprende además una capa adicional dispuesta por medio de una capa de unión, tal como por ejemplo una capa de unión de polímero termoplástico, tal como una capa de unión de polímero o copolímero basado en poliolefina, en la que la capa de unión está dispuesta entre la capa de alto volumen específico y la capa adicional. La capa adicional tiene un patrón impreso decorativo dispuesto en el lado opuesto a la capa de unión. La capa de alto volumen específico está provista de una capa de barrera en el lado opuesto a la capa de unión. Una capa de barrera puede estar provista de una capa termosellable en el lado opuesto a la capa de alto volumen específico. La capa más exterior que cubre el patrón decorativo impreso es una capa de poliolefina, tal como una capa de poliolefina termosellable más exterior destinada a estar en contacto con los alrededores de un recipiente de envasado, por ejemplo, polietileno de baja densidad (LDPE) o polipropileno. La capa termoplástica más exterior proporciona protección adicional, por ejemplo, resistencia a la humedad y resistencia al rayado/desgaste, y estabilidad al recipiente de envasado.

La Fig. 3 es una ilustración esquemática de una extrusora (31). Una extrusora de la ilustración esquemática es adecuada para la aplicación de la capa (11) exterior, la capa (13) laminada, el adhesivo (15) y la capa (16) termosellable. Como ejemplo, la capa (13) laminada puede aplicarse sobre la capa (12) de alto volumen específico, de manera que el dibujo muestre una película (32) de plástico fundido del polímero para convertirse en la capa (13) laminada que se dispone mediante revestimiento por extrusión en fusión sobre una banda (35) de capa de alto volumen específico. La extrusora funde y mezcla el polímero o los polímeros. En el caso en el que las capas son mezclas de polímeros, la extrusora puede usarse también para mezclar los polímeros que se suministran, por ejemplo, mediante tolvas separadas para los gránulos de polímero. La película (32) fundida y la capa de alto volumen específico se unen en una línea de contacto de laminación entre rodillos (33 y 34) que ejercen una presión. Uno de los rodillos puede ser un rodillo enfriado que reduce la temperatura del polímero cuando está en la línea de contacto. De manera similar, los otros polímeros del material de envasado pueden añadirse a la capa (35) de alto volumen específico. Por ejemplo, la capa (14) de barrera puede reenviarse desde un rollo separado y alimentarse a través de la línea de contacto de laminación junto con la capa (13) de laminado, o con un adhesivo.

La Fig. 4 muestra un ejemplo de un recipiente 50a de envasado producido a partir del material de envasado descrito en la Fig. 1 o 2. El recipiente de envasado es particularmente adecuado para productos alimenticios líquidos o semilíquidos, tales como bebidas, salsas, sopas o similares. Normalmente, dicho envase tiene un volumen de aproximadamente 100 a aproximadamente 2.000 ml. Puede tener cualquier configuración, tal como las descritas anteriormente en el presente documento, pero tiene, por ejemplo, forma de ladrillo, con sellos 51a y 52a longitudinales y transversales, respectivamente, y, opcionalmente, un dispositivo 53 de apertura. En otra realización, no mostrada, el recipiente de envasado puede estar conformado como una cuña. Con el fin de obtener dicha "forma de cuña", solo se pliega la parte inferior del envase de manera que el sellado térmico transversal del fondo quede oculto debajo de las pestañas de las esquinas triangulares, que se pliegan y se sellan contra el fondo del envase. El sello transversal de la sección superior se deja sin plegar. De esta manera, el recipiente de envasado plegado por la mitad todavía es fácil de manipular y dimensionalmente estable (es decir, mantiene sustancialmente la forma) cuando se coloca en un estante en la tienda de alimentos o en una mesa o similar.

La Fig. 5 muestra el principio descrito en la introducción de la presente solicitud, es decir, una banda de material de envasado se forma en un tubo 71 uniendo entre sí los bordes 72, 72' longitudinales de la banda en una unión 73 termosellada superpuesta. El tubo se llena 74 con el producto alimenticio líquido deseado y se divide en envases individuales mediante sellos 75 transversales repetidos del tubo a una distancia predeterminada entre sí por debajo del nivel del contenido llenado en el tubo.

Los envases 76 se separan mediante incisiones en los sellos transversales y se proporciona a los mismos la configuración geométrica deseada mediante la formación de pliegues a lo largo de las líneas de pliegue preparadas en el material.

Ejemplos

Ejemplo 1

La pulpa de celulosa modificada se preparó a partir de pulpa de fibra de celulosa de madera no modificada oxidando parte de las fibras en suspensión a dialdehído celulosa a un grado de conversión de aproximadamente el 30%, en base al número de enlaces C2-C3 oxidables inicial, y posteriormente reduciendo el dialdehído celulosa a dialcohol celulosa. Las fibras de celulosa tienen un diámetro medio de al menos 1 pm. El diámetro medio de las fibras de la presente divulgación es normalmente de al menos 5 pm, tal como al menos 8 pm, tal como al menos 12 pm. La longitud media de las fibras de la presente divulgación es preferiblemente de al menos 0,3 mm, tal como 0,3-4 mm. Sin embargo, es concebible cualquier longitud de fibra siempre y cuando pueda crearse una espuma de las fibras, tal como de hasta 50 mm. Las fibras de la presente divulgación son preferiblemente de origen lignocelulósico. El grado de conversión de celulosa en dialdehído celulosa puede determinarse usando el método de "determinación de contenido de carbonilo" que se describe a continuación. La suspensión de fibras usada en el método de preparación de las fibras del material puede ser una suspensión de fibras batidas.

Las fibras kraft de madera blanda blanqueadas (K46) fueron suministradas por SCA Forest Products (planta de celulosa Ostrand, Timrá, Suecia). El material se batió en un molino Voith a una entrada de energía de 160 Wh/kg (aproximadamente 30° SR). Las fibras se oxidaron parcialmente a dialdehído celulosa añadiendo 2,5 kg de peryodato de sodio por 39 kg de pulpa (contenido seco al 4,5%) a un reactor de 50 litros con un agitador. Para limitar la formación de radicales y reacciones secundarias no deseadas, la reacción se realizó en la oscuridad. Después de 2 horas de agitación y oxidación, la reacción se detuvo mediante filtración y lavado de las fibras. A continuación, las fibras se suspendieron en agua y 7,5 kg de hielo hasta a peso total de 37 kg. La dialdehído celulosa formada se redujo adicionalmente a dialcohol celulosa: primero se disolvieron 350 gramos de borohidruro de sodio en 2,5 litros de agua desionizada y posteriormente la solución obtenida se añadió a la dialcohol celulosa durante 3 minutos y, a continuación, se agitó durante 1 hora. La reacción de reducción fue seguida por filtración y lavado concienzudo, resultando en 0,69 kg de pulpa modificada.

El contenido de carbonilo se determinó mediante un protocolo basado en Zhao et al. (Determination of degree of substitution of formyl groups in polyaldehyde dextran by the hydroxylamine hydrochloride method. Pharm. Res. 8:400-402 (1991)). (Las fibras se suspendieron en agua y se ajustaron a pH 4, seguido de deshidratación a una consistencia similar a un gel. A continuación, aproximadamente 0,25 g (base seca) de estas fibras se agitaron con 25 ml de solución de clorhidrato de hidroxilamina 0,25 M a pH 4 durante al menos 2 h antes de separar las fibras desde la solución mediante filtración usando un papel de filtro pesado previamente. A continuación, la masa exacta de las fibras se determinó mediante secado en horno del papel de filtro y la cantidad de carbonilo se determinó mediante titulación de nuevo a pH 4 con hidróxido de sodio 0,10 M).

Una pasta de papel realizada en fibras CTMP (600 ml de CSF) y parte de la pulpa de celulosa modificada anterior (el 5% y el 10% del peso seco) se mezclaron suavemente durante 15 minutos. A continuación, la mezcla se movió a una espuma SDS ya preparada y se agitó a 3.200 rpm hasta que se alcanzó una densidad de espuma de 320-380 kg/m3 y la espuma se estabilizó. Posteriormente, la espuma se decantó en el molde de formación de espuma y se filtró a través de un alambre usando un vacío de -0,3 bar. Las láminas obtenidas se prensaron en húmedo y se secaron con un secador de tambor Kodak.

La resistencia a la delaminación de la muestra se midió y se comparó con una muestra de referencia, a la que no se añadió pulpa modificada, pero que, por lo demás, era idéntica y se fabricó de la misma manera que anteriormente. La resistencia a la delaminación de la muestra fue mucho más elevada que la de la muestra de referencia, y también más elevada que la de otras muestras que eran similares, pero con la diferencia esencial de que tenían nanofibrillas de celulosa (CNF, CMF) añadidas, en lugar de la pulpa modificada, en cantidades de hasta el 20% en peso del contenido de celulosa.

Los resultados se muestran en la Fig. 6, que muestra un diagrama en el que se representan la resistencia a la delaminación de Scott Bond y la densidad del material de celulosa formado con espuma en función del contenido de pulpa modificada. El grado real de conversión en dialcohol celulosa, con la adición del 5 y el 10% en peso de pulpa modificada, respectivamente, no se conoce con exactitud, ya que las fibras de celulosa no modificada y modificada pueden haber tenido densidades diferentes, pero podría estimarse de manera aproximada que estaba comprendido entre el 1 y el 3%, calculado sobre el número total de enlaces C2-C3 oxidables en las moléculas de celulosa. Por consiguiente, la mayor parte de la composición de fibra de celulosa es celulosa no modificada, y solo una pequeña parte de todos los enlaces oxidables disponibles de las moléculas en la misma se convirtieron en dialcohol celulosa.

Además, las muestras de láminas de celulosa formadas con espuma obtuvieron propiedades de resistencia a la tracción notablemente mejoradas. Esto se muestra en el diagrama de la Figura 7, representando la resistencia a la tracción normalizada por gramaje (g/m2), es decir, el índice de tracción, en función del contenido de pulpa de celulosa modificada. En el diagrama de la Figura 8, se muestra la deformación por tracción representada en función del contenido de celulosa modificada.

El diagrama de la Figura 9 muestra además la mejora de las propiedades de resistencia a la compresión de las muestras que tenían el 5 y el 10% en peso de celulosa modificada añadida. La resistencia a la compresión en la dirección transversal (CD) de una capa de alto volumen específico ayuda a la resistencia al apilamiento de los envases realizados a partir de un material laminado que comprende las capas de alto volumen específico.

Los datos subyacentes a los diagramas de las Figuras 6 a 9 se proporcionan en la Tabla 1.

Tabla 1:

Ejemplo 2

Se mezclaron y se espumaron mezclas similares, preparadas como en el Ejemplo 1, de pulpa quimiotermomecánica (CTMP, drenabilidad 600 ml) con la pulpa modificada y/o con pulpa de madera dura altamente refinada. Se añadieron sustancias químicas de retención, tal como almidón catiónico (CS) y coadyuvante de retención (RA) a la composición espumada en el orden: CS a los 0 s, RA 1 (poliacrilamida catiónica 0,4 kg/t) a los 5 s, RA 2 (micropartículas "Perform® SP7200" de Hercules, 0,4 kg/t) a los 10 s y el mezclado se detuvo a los 15 s. Finalmente, la espuma de pulpa se movió al molde de láminas y se prepararon las láminas.

Los resultados relacionados con la resistencia a la delaminación de Scott Bond y la deformación por tracción mostraron la misma tendencia de mejora que en el Ejemplo 1. De esta manera, el efecto de la adición de una celulosa modificada que contenía dialcohol celulosa era todavía evidente, independientemente de las cantidades de aditivo de almidón y otros aditivos de retención.

La Fig. 10 muestra la resistencia a la delaminación en función del contenido de celulosa modificada con dialcohol y, en comparación con los resultados del Ejemplo 1, la resistencia a la delaminación de las muestras del Ejemplo 2 parece empezar a un nivel más bajo, pero mejora a una velocidad similar con una cantidad creciente de pulpa modificada añadida.

La mejora de las propiedades mecánicas no es igual y generalmente evidente en el segundo ejemplo de ensayo, sin embargo, se observa una clara tendencia de mejora en lo que se refiere al índice de tracción (Figura 11), la deformación por tracción (Figura 12) y la compresión (Figura 13). Se consigue una mejora en las direcciones MD y CD, tal como se muestra en las figuras.

El diagrama de la Figura 14 muestra un claro aumento en la resistencia a la delaminación con la adición de pulpa modificada que contiene dialcohol celulosa. La adición de almidón catiónico aumenta adicionalmente la resistencia a la delaminación, pero aumenta también ligeramente la densidad. La adición de almidón es más eficiente para mejorar adicionalmente la resistencia a la delaminación que la adición de fibras de madera dura altamente refinadas. La pulpa modificada es más eficaz como aditivo de refuerzo que las fibras de madera dura altamente refinadas, tal como se muestra a grandes rasgos en el sentido de que puede alcanzarse una resistencia a la delaminación similar con la mitad de la cantidad de material, es decir, aproximadamente el 5% en peso de fibras modificadas proporcionan el mismo efecto positivo que el 10% en peso de fibras de madera dura altamente refinadas. Puede concluirse que la adición de almidón funciona muy bien junto con la adición de dialcohol celulosa, e incluso con un efecto ligeramente sinérgico.

En investigaciones anteriores, se investigaron las propiedades de la celulosa formada con espuma en la operación de laminación durante la conversión de materiales de envasado en un material de envasado laminado.

Con el fin de analizar el efecto de la carga térmica y mecánica sobre la celulosa formada con espuma durante la laminación, se llevaron a cabo ensayos en varios materiales de baja densidad. Los materiales ensayados fueron celulosa formada con espuma y polipropileno espumado. La laminación de las estructuras de material de envasado se realizó en una laminadora de laboratorio flexible con dos estaciones de revestimiento por extrusión. Los ajustes de la laminadora fueron aproximadamente 100 m/min de velocidad de la banda, 250-275 N de tensión de la banda y la carga de referencia en el punto de contacto fue de 25 N/mm. En cada operación de revestimiento por extrusión, 15-20 g/m2 de LDPE se extruyeron en estado fundido sobre la capa de celulosa formada con espuma en los lados respectivos, a una temperatura de extrusión en estado fundido de aproximadamente 320°C. El espesor original antes de la laminación y el espesor después de la laminación se midieron ópticamente usando un microscopio Olympus BX51. La preparación de las muestras se realizó usando un micrótomo.

Generalmente, se observó que el espesor restante de celulosa formada con espuma es sustancialmente mayor en comparación con una variante de laminado correspondiente con materiales poliméricos espumados.

Se concluyó también que la laminación mediante revestimiento por extrusión funciona bien con celulosa formada con espuma que tiene una densidad de 200 kg/m3, tal como 300 kg/m3, o más alta. Los laminados que tienen capas de celulosa formada con espuma de densidad más baja son más sensibles al calor y a la presión de la laminación y muestran una mayor reducción del espesor del material de celulosa formado con espuma.

Además, se observó que la reducción de espesor de una espuma de polímero es permanente, debido a la fusión y a la reconformación de las celdas de espuma de polímero calentadas, mientras que hay un efecto de recuperación elástica en la celulosa formada con espuma, de manera que la reducción de espesor durante la laminación se revierte a un espesor final que solo se reduce en aproximadamente un 10-15% en una línea de contacto de referencia a densidades de aproximadamente 300-400 kg/m3. Cuanto mayor sea la densidad de una celulosa formada con espuma, mejor será este efecto de recuperación elástica o resistencia a la compresión en la dirección Z.

Con la celulosa formada con espuma de la presente invención, se observó que la resistencia a la presión de laminación era relativamente mayor, es decir, la reducción de espesor después de la laminación era significativamente más baja en el caso de la invención que en el caso de muestras que tenían diferentes aditivos, tales como pulpa de madera blanda o celulosa nano/micro-fibrilar (CNF/CMF), para el propósito de mejorar la resistencia a la delaminación. Esto se ilustra en el diagrama de la Figura 15.

De esta manera, la deformación residual después de la compresión en la dirección del espesor puede proporcionar una indicación de la reducción de espesor que puede ocurrir durante la laminación. Cuanto menor sea la deformación residual, más eficiente será la capa separadora o de alto volumen específico.

La deformación residual en la dirección z (dirección del espesor) después de una carga específica sobre la muestra se determinó con un dispositivo de carga Lloyd LR10K. El área de la muestra expuesta a la carga fue de 15,2 cm2, con un radio circular de 22 mm. Las muestras se cortaron al mismo tamaño que las placas de prensado. Se colocó una muestra sobre la mesa de carga y se aplicó una presión máxima de 2 MPa (fuerza de 3041 N) sobre la muestra durante un período de 1 s. El cambio relativo se calculó con el espesor inicial de la lámina (medido con un dispositivo estándar separado) y mostrando la lectura del sensor de desplazamiento el cambio de espesor absoluto en la compresión. La deformación residual se determinó como el punto en el que no hubo una caída evidente adicional en la fuerza de carga. Se realizaron al menos cinco mediciones paralelas en puntos separados.

La adición de pulpa de celulosa modificada con dialcohol y/o fibras kraft de madera dura altamente refinadas aumenta sólo ligeramente la deformación residual. Sin embargo, si se añaden fibras kraft de madera blanda y, en particular, fibras de madera blanda combinadas con celulosa microfibrilar, la deformación residual aumenta significativamente reduciendo por consiguiente la eficacia de la capa separadora de celulosa formada con espuma o de alto volumen específico.

La Fig. 16 muestra el efecto de la cantidad de tensioactivo SDS sobre la turbidez (el valor es relativo a la cantidad de sólidos que pasaron a través del alambre de malla 100) para diferentes sistemas de retención. La pulpa contenía el 80% de pulpa quimiotermomecánica (CTMP) y el 20% de pulpa de madera dura altamente refinada (hrHW). La turbidez se midió usando un nefelómetro y el resultado se expresa como unidades nefelométricas de turbidez (NTU). Una turbidez elevada significa una baja retención. La turbidez fue la más elevada (= retención más baja), cuando no se usaron coadyuvantes de retención (diamantes rellenos). La cantidad de tensioactivo (SDS) no tuvo ningún efecto sobre la turbidez en estos puntos de ensayo. Con baja concentración de SDS, 0,1 - 0,2 g/l, el sistema CPAM MP (cuadrados rellenos) y el sistema PEO TA (triángulos rellenos) proporcionaron la misma retención. Sin embargo, cuando se aumentó el contenido de SDS, la retención ser redujo (lo que se refleja en una mayor turbidez) para el sistema CPAM MP y mejoró (lo que se refleja en una disminución de la turbidez) para el sistema PEO TA. En el caso en el que TA se añadió antes que el PEO (x), la retención fue la mejor y se mejoró adicionalmente aumentando el contenido de SDS. Los resultados mostraron que el sistema TA PEO no catiónico es muy eficiente en la formación de espuma, especialmente cuando el contenido de SDS es elevado.

Tal como puede observarse en la Fig. 17, el sistema TA PEO parece funcionar mejor que el sistema CPAM MP cuando la suspensión se somete a fuerzas de cizallamiento elevadas. El experimento se realizó de manera similar al de la Fig. 2, pero el agitador 1 se colocó cerca del alambre 3 y el agitador 1 estuvo activado a 1.000 rpm durante la filtración de la espuma.

1: Aire

2: Tensioactivo

3: Fibra de celulosa (tal como CTMP gruesa)

4: Fracción de refuerzo de celulosa (celulosa modificada con di-alcohol)

5: Generación de espuma, en una unidad separada (tal como un depósito)

6: Mezcla de pasta de papel de fibra

7: Circulación de espuma

8: Flujo de alimentación de caja de entrada

9: Distribución en un alambre de formación (caja de entrada)

10: Sección de formación

11: Prensado en húmedo

12: Secado

13: Material de fibra celulósica formado con espuma

14: Almidón catiónico

15: CPAM

16: Micropartícula

17: AKD

18: Como sistema de retención alternativo en lugar de usar CPAM y micropartículas

18a: TA

18b: PEO

Generación de espuma: el tensioactivo y el gas (aire) se mezclan con agua, la densidad de la espuma dependerá de la cantidad de tensioactivo y de la energía de mezclado. Preparación de la pasta: los componentes de fibra se preparan con el grado de drenabilidad requerido (mediante refinado) y se mezclan en una pasta. Mezclado de espuma y pasta: se combinan la espuma y la pasta de fibra (espuma fibrosa). Flujo de alimentación de la caja de entrada: se bombea espuma fibrosa hacia la caja de entrada y los productos químicos necesarios se añaden al flujo de alimentación de la caja de entrada. Deshidratación, incluido el secado: la espuma se elimina en la sección de formación mediante el uso de cajas de succión y alambre de formación (las fibras se retienen en el alambre de formación mientras la espuma pasa a través del alambre y a la circulación de espuma), mediante compresión mecánica en prensado en húmedo y calentando la humedad de la plancha, por ejemplo, con cilindros de secado.

Se prepararon recipientes de envasado del tipo Tetra Brik® 250 ml a partir de un material de envasado laminado que tenía una capa de alto volumen específico de las composiciones de celulosa formadas con espuma anteriores. El material de envasado comprendía 12 g/m2 de una capa termoplástica más exterior de un LDPE, que se dispuso para convertirse en el exterior del paquete. Las capas adicionales a partir de la capa más exterior fueron: papel blanco 70 g/m2; LDPE 15 g/m2 como capa de unión; una capa de alto volumen específico de celulosa formada con espuma, 332 kg/m3, 243 pm; una capa laminada de LDPE 20 g/m2 y una capa de barrera de aproximadamente 6 pm de papel de aluminio, adhesivo 6 g/m2 (Primacor™ 3440) y capa termosellable 19 g/m2 de una mezcla de un LDPE (30% en peso) y un polietileno lineal de baja densidad catalizado con metaloceno. El material de envasado se obtuvo en un rollo que se procesó según el proceso de fabricación convencional con el fin de generar recipientes de envasado de tipo Tetra Brik® de 250 ml que contenían zumo de naranja. A partir de este ensayo, se concluyó que la cantidad de fibras de celulosa podría reducirse en al menos un 25%, en comparación con un material correspondiente que tenía una capa de cartón convencional en un laminado de envasado tradicional correspondiente con una capa más exterior de LDPE 12 g/m2, cartón 200 g/m , capa laminada de LDPE 20 g/m , papel de aluminio de 6 um, adhesivo 6 g/m (Primacor 3440) y capa de termosellado 19 g/m2 de una mezcla de un LDPE (30% en peso) y un polietileno lineal de baja densidad catalizado con metaloceno.

De esta manera, además de reducir adicionalmente la cantidad de material usado en el material de envasado laminado, la capa de alto volumen específico de la invención todavía está basada completamente en fuentes naturales renovables, es decir, celulosa.

Con el fin de determinar la densidad de la capa de alto volumen específico, pueden aplicarse diferentes procedimientos dependiendo de las capas del material de envasado. La densidad (kg/m3) de la capa de alto volumen específico que comprende celulosa formada con espuma en un material de envasado multicapa puede determinarse dividiendo el gramaje (kg/m2) por el espesor (m). El espesor puede obtenerse usando un microscopio estándar. El gramaje separado puede obtenerse mediante un procedimiento de separación estandarizado usando discos circulares de 1 dm2 de material de envasado. Todas las mediciones se realizan en un entorno controlado de 23°C y 50% de humedad relativa. El gramaje total del material de envasado se mide usando una balanza (precisión de 0,001 g). El material de envasado se divide en la capa de celulosa formada con espuma para obtener dos capas. Las dos capas se colocan en un vaso de precipitados que contiene una solución de etilendiamina de cobre hasta que se eliminen fácilmente todas las fibras de celulosa. A continuación, se determina el gramaje restante y el gramaje de celulosa formada con espuma puede calcularse restando el gramaje restante del gramaje total. Siempre que al menos una de las capas contenga una capa de aluminio, el procedimiento debería consistir en medir el gramaje de cada capa y usar una solución de ácido acético en lugar de la solución de etilendiamina de cobre y dejar reposar las capas durante 3 a 4 horas. Las capas de las capas de material de envasado se dividen en capas individuales y se determina el gramaje de la capa individual correspondiente y se resta del gramaje total. Siempre que haya presente una capa adicional de papel, se aplicará el método anterior, pero se eliminará la capa de papel, por ejemplo, mediante desbaste. El peso del material desbastado se determina y se corrige adecuadamente en el cálculo de la densidad de la capa de alto volumen específico.

La invención no está limitada por las realizaciones mostradas y descritas anteriormente, sino que puede variar dentro del alcance de las reivindicaciones. Las modificaciones y alteraciones, evidentes para una persona experta en la técnica, son posibles sin apartarse del concepto divulgado en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método de fabricación de un material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma, que comprende las etapas de

a. formar una espuma acuosa que comprende agua y un agente espumante,

b. añadir fibras de celulosa a la espuma acuosa, formando de esta manera una composición de espuma fibrosa, comprendiendo las fibras de celulosa fibras de celulosa modificadas, conteniendo las fibras de celulosa modificadas dialcohol celulosa,

c. distribuir la composición de espuma fibrosa sobre un sustrato o en un molde,

d. reducir la cantidad de agua en la composición de espuma fibrosa distribuida para obtener el material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma, en su forma final,

e. opcionalmente, secar el material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma.

2. Método de fabricación de un material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma, según la reivindicación 1, en el que, en la etapa b,

las fibras de celulosa se añaden como fibras de celulosa no modificadas seleccionadas de entre el grupo que consiste en fibras de pulpa mecánicas, químico-mecánicas, termomecánicas, quimiotermomecánicas (CTMP) y semiquímicas al sulfito neutro (NSSC) y como una fracción de refuerzo de celulosa que comprende fibras de celulosa modificadas, conteniendo las fibras de celulosa modificadas dialcohol celulosa.

3. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que la celulosa modificada se prepara en una etapa de modificación oxidando parcialmente celulosa no modificada (en una suspensión de fibras) en dialdehído celulosa, y posteriormente reduciendo la dialdehído celulosa a dialcohol celulosa, a un grado de conversión del 10 al 50%, en base al número inicial de enlaces C2-C3 oxidables en la celulosa modificada.

4. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, que comprende una etapa de mezclado de celulosa no modificada con celulosa modificada, cuya etapa se realiza antes de añadir la mezcla de celulosa obtenida a la espuma acuosa.

5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material de fibras de celulosa formado con espuma comprende del 0,5 al 25% de dialcohol celulosa, en base al número total de enlaces C2-C3 oxidables, tal como del 0,5 al 20%, tal como del 0,5 al 10%, tal como del 0,5 al 5% de dialcohol celulosa.

6. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la composición de espuma fibrosa comprende del 0,1 al 7, tal como del 0,1 al 5, tal como del 0,5 al 5% en peso de fibras de celulosa.

7. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se añade una fracción de refuerzo de celulosa adicional, siendo la fracción de refuerzo un componente de fibras altamente refinado seleccionado de entre pulpa química altamente refinada que tiene un intervalo SR mayor de 80° SR y pulpa quimiotermomecánica altamente refinada (hrCTMP) que tiene un valor CSF menor de 70 ml.

8. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la composición de espuma fibrosa comprende de 0,01 a 1.000 ppm, tal como de 0,01 a 100 ppm, tal como de 0,01 a 10 ppm, tal como de 0,05 a 10 ppm, tal como de 0,05 a 8 ppm en % en peso de un agente espumante.

9. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la composición de espuma fibrosa comprende del 20 al 80% en volumen de aire.

10. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el agente espumante se selecciona de entre el grupo que consiste en tensioactivos aniónicos.

11. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el agente espumante se selecciona de entre el grupo que consiste en lauril (dodecil) sulfato de sodio (SLS, SDS) y lauriletersulfato de sodio (SLES).

12. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la densidad de la composición de espuma fibrosa cuya cantidad de agua se desea reducir es de aproximadamente 600 - 750 kg/m3 y en el que el tamaño de burbuja medio es de 100 pm o menor.

13. Material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma, producido mediante el método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene una densidad de 100 a 700 kg/m3, tal como de 100 a 450 kg/m3.

14. Material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma, tal como se reivindica en la reivindicación 13, que tiene una resistencia a la delaminación mayor de 100, tal como mayor de 140, tal como mayor de 170 J/m2.

15. Material de fibras de celulosa de baja densidad, formado con espuma, según una cualquiera de las reivindicaciones 13 o 14, que tiene una densidad menor de 450 kg/m3 y un índice de tracción (MD) mayor de 20 Nm/g (kNm/kg).

16. Lámina de celulosa de alto volumen específico para un material de envasado, que comprende el material de fibras de celulosa formado con espuma reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 13-15, laminada o dispuesta en contacto de capa con una lámina adicional de un material de celulosa diferente.

17. Lámina de celulosa de alto volumen específico para un material de envasado, según la reivindicación 16, en la que la lámina adicional de un material de celulosa diferente es un papel.

18. Material de envasado laminado que comprende una lámina de celulosa de alto volumen específico según una cualquiera de las reivindicaciones 13-17, en la que la lámina de alto volumen específico está laminada a al menos una capa de polímero, tal como un polímero termoplástico, tal como una poliolefina.

19. Material de envasado laminado según la reivindicación 18, que comprende además una barrera contra el oxígeno.

20. Recipiente de envasado para alimentos líquidos o semilíquidos (30a; 30b; 30c; 30d) que comprende el material de envasado laminado según se define en una cualquiera de las reivindicaciones 18 o 19.