Una película plástica pintable y su proceso de elaboración Campo de la invención

La presente invención se inscribe en el campo de las películas de base polimérica para su uso como soporte de tintas, pinturas e impresiones y escribibles con propiedades similares al papel.

Estado de la Técnica

Bajo el nombre de papel sintético o "synthetic paper" se encuentran materiales con propósitos de impresión fabricados a partir de polímeros sintéticos mediante métodos diversos. La mayoría de ellos usan distintos materiales de rellenos, o tratamientos corona, o polímeros de superficie diferenciados o presentan distintas rugosidades superficiales. En general, el estado del arte presenta formulaciones que son mezclas de polímeros, pigmentos y compuestos inorgánicos que se extrudan y conforman la película imprimible, también se pueden encontrar patentes que presentan diversos tratamientos superficiales o pinturas o dispositivos multicapa.

Se han podido identificar patentes relacionadas con el estado de la técnica más cercano, tales como: EP1403090 Ink jet recording element and printing method; US6194506 Thermoplastic printing resin film containing calcium carbonate having a particular oil absorption; NZ335492 Use of printable polyethylene film as recyclable cash register receipt; GB1341630 Paperlike polymeric films and production thereof; GB1237164 Polymer paper and method for preparing the same; US6083443 Method of manufacturing filler-containing polymer film suitable for printing on.

Lograr un papel sintético con las propiedades mecánicas de los films poliméricos es una meta que se han impuesto muchas empresas y grupos de investigación, a modo de pequeña muestra, algunos intentos se referencian en las siguientes patentes. Por ejemplo, las siguientes utilizan solventes para su producción: US5776604 Coating for printable plástic films; GB2316890 Recording film and recording method using the same; JPS5712031 Production of coating film having good printability.

Las siguientes patentes describen la conformación del polímero con carga inorgánica GB2210375 Polyolefin composition; US6194506 Thermoplastic printing resin film containing calcium carbonate having a particular oil absorption.

No se han detectado anterioridades que afecten la novedad y altura inventiva de la presente invención.

La presente invención provee películas de base polimérica para su uso como soporte de tintas, pinturas e impresiones y/o escribibles con propiedades similares al papel de base celulosa. Las películas plásticas pintables de la presente invención, presentan propiedades de pintabilidad, escritura e impresión similares a las del papel. Por otra parte, en comparación con el papel celulósico, las películas obtenidas a partir de esta invención, son más livianas, poseen mejores propiedades mecánicas (sobre todo al rasgado), son resistentes a la humedad, presentan mayor durabilidad y además, ofrecen la posibilidad de ser transparentes, opacas y/o coloreadas. También, estas películas son reusables y completamente reciclables, constituyendo un sistema sustentable.

La presente invención además provee un proceso de elaboración de dichas películas plásticas pintables que es muy sencillo, rápido y de fácil escalado industrial.

La presente invención además provee de un procedimiento de impresión sobre dichas películas plásticas pintables.

Descripción de las Figuras

Figura 1 : Sistema utilizado para el recubrimiento de las películas plásticas: 1 ) Placa calefactora. 2) Película Plástica. 3) Recipiente para evitar la deriva de las micropartículas. 4) Carga de micropartículas. 5) Flujo de aire comprimido. 6) Dispersión aérea de micropartículas.

Figura 2a: Micrografías ópticas en modo de transmisión de las películas de polietileno y polipropileno con 0, 0.027, 0.055 y 0.083 mg de celulosa microcristalina/cm ² de película.

Figura 2b: Micrografías electrónicas de barrido de las películas de polietileno y polipropileno con 0, 0.027, 0.055 y 0.083 mg de celulosa microcristalina/cm ² de película.

Figura 2c: Micrografías electrónicas de barrido de las películas de polietileno y polipropileno con 0.027 mg de celulosa microcristalina/cm ² de película, antes y después de ser sometidas a distintos tratamientos abrasivos. Figura 3: Fotografías de películas de polietileno modificadas con distintas concentraciones superficiales de celulosa microcristalina (0, 0.027, 0.055 y 0.083 mg/cm ² de película) y pintadas con acuarela y la misma luego de 1 día en prensa con papel secante y el remanente sobre este.

Figura 4: Fotografías de películas de polietileno y polipropileno modificadas con distintas concentraciones superficiales de celulosa microcristalina (0, 0.027, 0.055 y 0.083 mg/cm ² de película) y teñidas con azul de metileno.

Figura 5: Fotografías de películas de polietileno y polipropileno modificadas con distintas concentraciones superficiales de celulosa microcristalina (0, 0.027, 0.055 y 0.083 mg/cm ² de película) y escritas manualmente con lápiz de grafito.

Figura 6: Fotografías de películas de polietileno y polipropileno modificadas con distintas concentraciones superficiales de celulosa microcristalina (0, 0.027, 0.055 y 0.083 mg/cm ² de película) y escritas manualmente con bolígrafo.

Figura 7: Fotografías de películas de polietileno y polipropileno modificadas con distintas concentraciones superficiales de celulosa microcristalina (0, 0.027, 0.055 y 0.083 mg/cm ² de película) y escritas manualmente con marcador de tinta al agua (fibra).

Figura 8: Fotografías de películas de polietileno modificadas con distintas concentraciones superficiales de celulosa microcristalina (0, 0.027, 0.055 y 0.083 mg/cm ² de película) e impresas con impresora comercial a chorro de tinta, y del remanente de tinta sobre papel secante (después de un día). Figura 9: Mi orografías electrónicas de barrido de las películas de polietileno modificadas con 0 y 0.322 mg de caolín/cm ² de película.

Figura 10: Fotografías de películas de polietileno modificadas con 0 y 0.322 mg de caolín/cm ² de película y escritas manualmente con lápiz de grafito.

Figura 11 : Fotografías de películas de polietileno modificadas con 0 y 0.322 mg de caolín/cm ² de película y escritas manualmente con bolígrafo.

Figura 12: Mi orografías electrónicas de barrido de las películas de polietileno modificadas con 0 y 0.184 mg de CaC0 ₃ /cm ² de película.

Figura 13: Fotografías de películas de polietileno modificadas con 0 y 0.184 mg de CaC0 ₃ /cm ² de película y escritas manualmente con lápiz de grafito.

Figura 14: Fotografías de películas de polietileno modificadas con 0 y 0.184 mg de CaC0 ₃ /cm ² de película y escritas manualmente con bolígrafo.

Figura 15: Micrografías electrónicas de barrido de las películas de polietileno modificadas con 0 y 0.460 mg de micropartículas/cm ² de película. Las micropartículas provienen de una mezcla 50/50% de caolín y celulosa microcristalina.

Figura 16: Fotografías de películas de polietileno modificadas con 0 y 0.460 mg de micropartículas/cm ² de película y escritas manualmente con lápiz de grafito. Las micropartículas provienen de una mezcla 50/50% de caolín y celulosa microcristalina.

Figura 17: Fotografías de películas de polietileno con 0 y 0.460 mg de micropartículas/cm ² de película y escritas manualmente con bolígrafo. Las micropartículas provienen de una mezcla 50/50% de caolín y celulosa microcristalina.

Breve descripción de la invención

La película plástica pintable, objeto de la presente invención, comprende una película polimérica y micropartículas superficiales en al menos una de sus caras, con una concentración de dichas micropartículas de entre 0,018 y 0.460 mg/cm ² de película plástica pintable; preferentemente una concentración de entre 0,018 y 0.184 mg de micropartículas/cm ² de película plástica pintable; más preferentemente una concentración de entre 0,018 y 0.092 mg de micropartículas/cm ² de película plástica pintable. Donde dicha película polimérica es seleccionada del conjunto comprendido por polietileno (PE), polipropileno (PP), policloruro de vinilo (PVC), polietilentereftalato (PET- Mylar), copolímero de etileno y alcohol vinílico (EVOH) y sus mezclas. Y dichas micropartículas pueden ser seleccionadas del conjunto comprendido por talco, montmorillonita sepiolita, carbonato de calcio, caolín, celulosa, celulosa microcristalina, celulosa esférica, y sus mezclas. La película plástica pintable de la presente invención comprende, preferentemente, una propiedad de transparencia seleccionada del conjunto comprendido por opaco, transparente y traslúcido.

El proceso de elaboración de una película plástica pintable, también en objeto de la presente invención, que comprende los siguientes pasos: a. disponer de una película polimérica, preferentemente seleccionada del conjunto comprendido por polietileno (PE), polipropileno (PP), policloruro de vinilo (PVC), polietilentereftalato (PET-Maylar), copolímero de etileno, alcohol vinílico (EVOH) y sus mezclas y llevarla a una temperatura superior a la temperatura que comienza el ablandamiento. b. poner en contacto dicha película polimérica del paso "a" con una fase fluida, preferentemente seleccionada del conjunto comprendido por gases, líquidos y sus mezclas, más preferentemente aire, gas inerte, nitrógeno y sus mezclas, con micropartículas en suspensión. Donde dichas mi ero partículas son seleccionadas del conjunto comprendido por talco, montmorillonita, sepiolita, carbonato de calcio, caolín, celulosa, celulosa microcristalina, celulosa esférica, y sus mezclas

Preferentemente dicho proceso, además comprende el paso de: c. enfriar la película polimérica con micropartículas superficiales generada en el paso "b".

Donde dicho proceso, en dicho paso b, dicha fase fluida con micropartículas en suspensión comprende un movimiento relativo respecto de dicha película polimérica que facilita la incorporación de dichas micropartículas a la superficie de dicha película polimérica. Y dicho movimiento relativo comprende un ángulo entre 0° y 180°, siendo 0° y 180° un movimiento relativo paralelo a la superficie de dicha película polimérica y 90° un movimiento perpendicular hacia la superficie de dicha película polimérica. Como alternativa, dicho proceso, en dicho paso b, dicha fase fluida con micropartículas en suspensión comprende un estado en reposo respecto a dicha película polimérica, que se encuentra por debajo de dicho fluido, y dichas micropartículas se adhieren a dicha película polimérica por acción de la gravedad.

Además, dicho proceso de la invención, comprende poner en contacto dicha película polimérica con dichas micropartículas y provocar la incorporación de dichas micropartículas en al menos una superficie ablandada de dicha película polimérica en ausencia de solvente.

Otro objeto de la presente invención es un proceso de impresión en el que se imprime la película plástica pintable de la invención mediante un sistema de impresión seleccionado del conjunto comprendido por inyección de tinta, pintado manual, serigrafía, impresión offset y láser.

Descripción detallada de la invención.

El objetivo de la presente invención es producir películas plásticas pintables y/o teñibles en superficie, y/o escribibles con métodos análogos al papel común (lápiz de grafito, bolígrafo y lápiz de tinta a agua), y/o imprimibles en impresoras de chorro de tinta. La película se obtiene por incorporación superficial de micropartículas de celulosa y/o minerales como por ej: talco, montmorillonita sepiolita, carbonato de calcio, caolín sobre películas termoplásticas. La incorporación de las micropartículas se realiza utilizando una metodología sencilla y de fácil aplicación industrial incorporando las micropartículas directamente sobre la superficie de las películas de polietileno (PE) y polipropileno (PP) por encima de su temperatura de ablandamiento y sin usar solventes ni adhesivos. La metodología propuesta incluye una suspensión de micropartículas que se depositan, preferentemente, por gravedad sobre la película a partir de una corriente de aire que forma una nube de micropartículas sobre el polímero ablandado. Las micropartículas se adhieren directamente a la superficie del polímero y se obtienen películas aptas para la impresión, la escritura y el teñido.

La calidad del recubrimiento respecto de la adhesión y de la concentración de micropartículas puede apreciarse en los ejemplos de aplicación. Se analiza comparativamente la respuesta de películas de polietileno y polipropileno, como polímeros preferidos, recubiertas con celulosa microcristalina a la escritura e impresión. Se compara la calidad de la escritura directa sobre ellas con lápiz de grafito, bolígrafo y tinta al agua (fibra). Además, se presentan resultados de impresión directa con impresora de chorro de tinta. En todos los casos se analiza la influencia de la concentración de micropartículas sobre la calidad de la escritura e impresión. El material desarrollado puede ser translúcido u opaco y podrá ser utilizado en cualquier aplicación que requiera alguna de las siguientes características:

Imprimible con impresoras chorro de tintas.

Escribible con lápiz de grafito

Escribible con bolígrafo

Escribible con marcadores de tinta a base de agua Escribible con marcadores "permanentes" a base de solventes

Es importante notar que ninguna de estas propiedades se corresponde con las de las películas poliméricas sin micropartículas. Este material es aplicable a los mismos o semejantes usos del papel. Este tipo de material es muy importante en la industria gráfica, en la de elementos de librería, juguetes, envoltorios, souvenirs, etc.

La invención es novedosa tanto desde el producto (película plástica pintable de la presente invención) como desde el método utilizado para obtener dicho producto. Las principales características que lo hacen original son:

Modificación sólo de la superficie.

Incorporación de micropartículas como celulosa microcristalina y/o micropartículas minerales a películas sintéticas que le cambian las propiedades superficiales.

No se incluyen adhesivos ni solventes

La película modificada no cambia sustancialmente de color.

El producto se constituye de una película de polietileno o polipropileno con una capa fina superficial de micropartículas.

El método de obtención es muy sencillo, amigable para el medio ambiente, no utiliza solventes, adhesivos ni genera residuos. Además, es rápido, de fácil escalado industrial y presenta bajo costo

A continuación, se enumeran las características y ventajas que presentan las películas plásticas pintables de la presente invención: Buenas propiedades de printabilidad y pintabilidad

Escribible

Imprimible

Teñible superficialmente

Materias primas muy económicas y accesibles

Material liviano, menos denso que el papel celulósico

Mejores propiedades mecánicas que el papel celulósico, sobre todo rasgado.

Conserva mayormente las propiedades de los materiales de la película base (polietileno o polipropileno)

Posibilidad de obtener distintas calidades manipulando las condiciones de procesado y recubrimientos.

Posibilidad de modificar la superficie a medida de los requerimientos de escritura.

Posibilidad de obtener películas coloreadas, opacas y/o con mayor transparencia que el papel celulósico, pero con buenas propiedades de impresión.

Mayor durabilidad y resistencia que el papel celulósico respecto de la humedad.

Disminuye el uso de papel de origen vegetal. Material reciclable. Costo similar al de una película de polietileno y/o polipropileno comercial.

El proceso de elaboración de una película plástica pintable consiste en crear una dispersión de micropartículas, preferentemente de celulosa, en un espacio confinado y provocar su deposición sobre los films poliméricos mediante un flujo de aire forzado. Para permitir la adhesión de la celulosa sobre los films, éstos se calentaron mediante la utilización de una placa calefactora. De este modo la viscosidad del film disminuye de forma tal de que la inserción de las micropartículas sobre la superficie del film se produce.

Ejemplos de aplicación Ejemplo 1

Para elaborar la película plástica pintable de la presente invención se dispuso de una película polimérica de polietileno sobre una placa de calentamiento y se la llevó a una temperatura de 135 °C, superior a su temperatura característica de ablandamiento. Esta película se introdujo en una cámara (tal como se muestra en la Figura 1 ). En dicha cámara confinada se introdujo una dispersión de micropartículas, en este caso de celulosa que se incorporan con flujo de aire. La concentración de micropartículas está comprendida entre 50 y 150 g/m ³ . Se pusieron, así, en contacto dicha película polimérica con una fase fluida con micropartículas en suspensión. Luego se enfrió la película polimérica con micropartículas incluidas en su superficie. La temperatura de trabajo para polietileno es de alrededor de 160 ^S C mientras que para polipropileno de alrededor de 200 ^S C.

Se ha realizado un prototipo a escala laboratorio sobre polietileno y polipropileno con las distintas micropartículas anteriormente mencionadas. En las Figuras de la presente memoria se muestran los resultados obtenidos al utilizar celulosa como material de recubrimiento. En las Figuras 2a y 2b se muestran las micrografías de películas recubiertas con tres concentraciones superficiales de celulosa microcristalina: 0.027, 0.055 y 0.083 mg/cm ² de película plástica pintable.

A fin de avaluar la adherencia de las micropartículas a la superficie de las películas se llevaron a cabo distintos ensayos abrasivos: extracción con cinta adhesiva, soplado con aire a presión y agua y ultrasonido, cuyas imágenes de superficie obtenidas por microscopía electrónica de barrido se muestran en la Figura 2c. En todos los casos una cantidad de micropartículas se conservan, revelando una fuerte adhesión de las mismas a la matriz polimérica.

La pintabilidad de las películas recubiertas se probó manualmente usando acuarela. En la Figura 3 se muestran las fotografías de las películas de polietileno inmediatamente después del pintado y luego extraer la acuarela no absorbida con papel secante (inmediatamente después del pintado). Se muestra, además, la superficie de los papeles secantes luego del experimento. Se observa que a medida que aumenta la cantidad de celulosa incorporada el cubrimiento de la pintura es mejor y también mejora la retención de la misma.

A fin de avaluar el teñido de las películas estas fueron sumergidas en una solución concentrada de azul de metileno. Se analizaron luego de su secado. El registro fotográfico de las películas de polietileno y polipropileno teñidas se muestra en la Figura 4. Nuevamente a medida que aumenta el contenido de celulosa microcristalina en superficie aumenta la intensidad del teñido, obteniendo muy buenos resultados a la mayor concentración y notablemente diferentes a la tinción sobre los polímeros de partida, en donde como es esperable es casi imperceptible. Se obtienen resultados similares con los demás tipos de recubrimientos de micropartículas.

En las Figuras 5-7 se muestran las fotografías de películas de polietileno y polipropileno sometidas a pruebas de escritura con distintos tipos de instrumentos, lápiz de grafito (Figura 5), bolígrafo (Figura 6) y marcador con tinta al agua (fibra). En todos los casos, la intensidad y definición de la escritura mejora con el aumento de celulosa microcristalina incorporada.

En la Figura 8 se muestran las fotografías de las pruebas de impresión con máquina de chorro de tinta sobre películas de polietileno y polipropileno, luego de ser secadas con papel secante y del papel secante correspondiente. Con el aumento de la celulosa microcristalina incorporada, aumenta la absorción de tinta revelada por el papel secante sin marcas. El papel secante que más se marcó con huella de la impresión fue el correspondiente a la impresión sobre PE.

Las imágenes anteriores evidencian la mejora en la calidad como soporte gráfico de las películas recubiertas con celulosa microcristalina respecto de las de polietileno o polipropileno originales. Las mismas pruebas se han realizado con los demás tipos de recubrimientos propuestos, cuyos resultados, evaluando su calidad respecto a la nitidez, intensidad, velocidad de secado, absorción sobre la película, etc., se resumen en la siguiente tabla:

Tabla 1

Referencias: VVV Excelente

VVVx Muy bueno

VVxx Bueno

Vxxx Regular

Xxxx Malo Ejemplo 2

Para elaborar la película plástica pintable de la presente invención se dispuso de una película polimérica de polietileno sobre una placa de calentamiento y se la llevó a una temperatura de 135 °C, superior a su temperatura característica de ablandamiento. Esta película se introdujo en una cámara (tal como se muestra en la Figura 1 ). En dicha cámara confinada se introdujo una dispersión de micropartículas de caolín, que se incorporan con flujo de aire. La concentración de micropartículas de caolín es aproximadamente 1000 g/m ³ . Se pusieron, así, en contacto dicha película polimérica con una fase fluida con micropartículas de caolín en suspensión. Luego se enfrió la película polimérica modificada con micropartículas superficiales.

Se ha realizado un prototipo a escala laboratorio. En las Figuras de la presente memoria se muestran los resultados obtenidos al utilizar caolín como material de recubrimiento. En la Figura 9 se muestran las micrografías de películas recubiertas con 0.322 mg de caolín/cm ² de película plástica pintable y las del polietileno de original.

En la Figura 10 se muestran las fotografías de películas de polietileno sometidas a pruebas de escritura con lápiz de grafito y en la Figura 1 1 con bolígrafo.

Las imágenes anteriores evidencian la mejora en la calidad como soporte gráfico de las películas recubiertas con caolín respecto de las de polietileno original. Ejemplo 3

Para elaborar la película plástica pintable de la presente invención se dispuso de una película polimérica de polietileno sobre una placa de calentamiento y se la llevó a una temperatura de 135 °C, superior a su temperatura característica de ablandamiento. Esta película se introdujo en una cámara (tal como se muestra en la Figura 1 ). En dicha cámara confinada se introdujo una dispersión de micropartículas de carbonato de calcio (CaC0 ₃ ), que se incorporan con flujo de aire. La concentración de micropartículas de CaC0 ₃ es de alrededor de 500 g/m ³ . Se pusieron, así, en contacto dicha película polimérica con una fase fluida con micropartículas de CaC0 ₃ en suspensión. Luego se enfrió la película polimérica con micropartículas superficiales adheridas.

Se ha realizado un prototipo a escala laboratorio. En las Figuras de la presente memoria se muestran los resultados obtenidos al utilizar caolín como material de recubrimiento. En la Figura 12 se muestran las micrografías de películas recubiertas con 0.184 mg de caolín/cm ² de película plástica pintable y las del polietileno de original.

En la Figura 13 se muestran las fotografías de películas de polietileno sometidas a pruebas de escritura con lápiz de grafito y en la Figura 14 con bolígrafo. Las imágenes anteriores evidencian la mejora en la calidad como soporte gráfico de las películas recubiertas con CaC0 ₃ respecto de las de polietileno original.

Ejemplo 4

Para elaborar la película plástica pintable de la presente invención se dispuso de una película polimérica de polietileno sobre una placa de calentamiento y se la llevó a una temperatura de 135 °C, superior a su temperatura característica de ablandamiento. Esta película se introdujo en una cámara (tal como se muestra en la Figura 1 ). En dicha cámara confinada se introdujo, con flujo de aire, una suspensión que contiene micropartículas de caolín y celulosa microcristalina con 50% en masa de cada tipo. Estas micropartículas fueron previamente mezcladas para asegurar una distribución y dispersión homogénea de ambos tipos de micropartículas sobre la superficie. La concentración de micropartículas total es aproximadamente 800 g/m ³ . Se pusieron, así, en contacto dicha película polimérica con una fase fluida con dicha mezcla de micropartículas en suspensión. Luego se enfrió la película polimérica con las micropartículas adheridas en superficie.

Se ha realizado un prototipo a escala laboratorio. En las Figuras de la presente memoria se muestran los resultados obtenidos al utilizar la mezcla caolín-celulosa microcristalina como material de recubrimiento. En la Figura 15 se muestran las micrografías de películas recubiertas con 0.460 mg de caolín y celulosa microcristalina/cm ² de película plástica pintable y las del polietileno de original.

En la Figura 16 se muestran las fotografías de películas de polietileno sometidas a pruebas de escritura con lápiz de grafito y en la Figura 17 con bolígrafo.

Las imágenes anteriores evidencian la mejora en la calidad como soporte gráfico de las películas recubiertas con la mezcla 50/50 % en masa de caolín/ celulosa microcristalina respecto de las de polietileno original.