1. CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al campo técnico de los materiales obtenidos a partir de celulosa. Más específicamente, la presente invención divulga un material compuesto de celulosa, obtenido a partir de la cascarilla de café o cacao y el proceso de obtención del mismo. Adicionalmente, la presente invención divulga un artículo laminado compuesto de dicho material compuesto de celulosa, que además emite olores aromáticos.

2. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El papel y el cartón son algunos de los materiales de empaque de mayor importancia en el mundo. Para satisfacer la creciente demanda de pulpa de papel y conservar los recursos madereros no renovables, existe un gran interés en la sustitución de materia prima virgen para la obtención de diferentes tipos de papel y cartón. Así mismo, existe un especial interés hacia las materias primas y procesos alternativos de fabricación de pulpa de celulosa, los cuales generan menores impactos ambientales, en comparación con las materias primas y los procesos tradicionalmente empleados.

Como parte de estas fuentes alternativas de pulpa de celulosa para la obtención de papel y cartón, se han utilizado residuos agrícolas y agroindustriales. Entre estos residuos se encuentran el bagazo de caña de azúcar, la cascarilla de arroz, el papel reciclado, entre otros. En particular, el papel y el cartón obtenidos a partir de estas materias primas alternativas, son empleados en la elaboración de empaques. En el estado de la técnica, se ha reportado la fabricación de materiales biodegradables para envasado, que son compatibles con el medio ambiente y son producidos a partir de mezclas que comprenden residuos fibrosos reciclados.

Por ejemplo la solicitud de patente US2003213573 (Al), propone un envase a partir de cascara de arroz, de trigo, polvo de madera, polvo de leche y arcilla, como empaque secundario para alimentos. Este envase está formado a partir de la aglomeración del material reciclado, el cual es fluidizado, prensado, secado y revestido con cola hasta obtener un material de envasado impermeable e higiénico.

La patente CN103571166 (A), se menciona un material compuesto de polipropileno carbonato (PPC), celulosa o celulosa microcristalina, un agente lubricante, un antioxidante, un estabilizador de calor, un plastificante y un agente de promoción de la biodegradacion. Este documento también propone un método de preparación del material compuesto mediante la granulación por extrusión y posterior prensado en caliente.

Por su parte, la solicitud DE3937168 (Al), describe un material para embalaje alimenticio a base de celulosa, conchas, salvado, cascarilla, aristas de cebada, fibras, pasó lúpulo, paja finamente molida, aserrín y material de origen animal, subproducto de mataderos. Se aplica a la superficie de envasado un recubrimiento impermeable al agua. El material de envasado contiene 30-50% de un material de tipo celulósico y 30- 70% de un almidón y/o material proteínico, proporcionando un material de embalaje biodegradable.

La patente CN102712409(A), describe la fabricación de cartón biodegradable reforzado a partir de almidón y fibras de celulosa provenientes de residuos de papel reciclado. Este documento divulga el uso de una cáscara exterior dura y un interior espumado, y un refuerzo que se logra por medio de un multilaminado o estructura corrugada mediante un proceso de extrusión. Sin embargo, no existe aún en el campo de la técnica un material compuesto fabricado a partir de celulosa proveniente de la cascarilla de café o de cacao, que pueda ser empleado en el envasado de alimentos, materiales médicos, plásticos de ingeniería y similares. Adicionalmente, no existe en el estado de la técnica un material fabricado a partir de fuentes alternativas de pulpa de celulosa, que presente resistencia a la flexión incrementada en comparación con la resistencia a la flexión de materiales ampliamente empleados como el PPC.

Adicionalmente, vale la pena tener en cuenta que en el estado de la técnica también se han reportados artículos biodegradables para ser utilizados en empaques de alimentos, los cuales son fabricados con múltiples capas o láminas. A continuación se mencionan algunos documentos del arte previo referentes a este tipo de invenciones.

La solicitud de patente CN202115856 (U), divulga un vaso desechable de papel fabricado por capas. Estas capas se encuentran estructuradas de la siguiente manera: poliuretano laminar (capa interior), capa de sujeción de papel, una capa de tinta de impresión y una capa superficial de laminado PE. La capa superficial de laminado PE se utiliza para cubrir la capa de tinta de impresión, de modo que la tinta de impresión está aislada del exterior. Así, un consumidor no entra en contacto directo con la tinta de impresión cuando se utiliza el vaso desechable de papel.

Por su parte, la solicitud EP05781356A1 , menciona una lámina compuesta por varias capas fabricadas a partir de resina termoplástica de ácido poliglicólico, laminadas con adhesivos acuosos con posibilidad de uso en empaques y almacenamiento de alimentos.

La patente WO1999035049, describe un recipiente desechable biodegradable, para alimentos o medicamentos, fabricado a partir de residuos de frijol, fibras y plantas y un adhesivo de carboximetil celulosa, almidón y agua. Estos elementos son mezclados, prensados en un molde y se secados para depositar una fina capa de cera en la superficie del recipiente.

Sin embargo, no existe aún en el arte previo un material laminado para ser empleado en empaques, fabricado a partir de la celulosa obtenida de la cascarilla de café o cacao.

Además, otras invenciones previamente reportadas en el estado de la técnica se encuentran relacionadas con la emisión de olores aromáticos, como por ejemplo la patente CN103054421(A). Este documento describe un dispositivo tipo cápsula o ampolleta, colocado en la parte inferior de un vaso desechable de papel, que al entrar en contacto con bebidas calientes se activa, permitiendo la difusión tanto del aroma como del sabor a té.

Sin embargo, no existe en el arte previo un artículo que permita la liberación de aromas de café o cacao que adicionalmente esté fabricado a partir de celulosa proveniente de la cascarilla de café o cacao.

De manera que a diferencia del arte previo, la presente invención se refiere a un material compuesto, fabricado a partir de celulosa proveniente de cascarilla de café o cacao, para la fabricación de un artículo laminado para la elaboración de contenedores o empaques. Así, la presente invención proporciona una fuente alternativa de pulpa de celulosa nunca antes empleada, mediante la cual se logran desarrollar materiales con resistencias a la flexión mejoradas, que permiten la fabricación de láminas compuestas de celulosa proveniente de material de desecho para la posterior elaboración de empaques o recipientes, biodegradables y compostables, con emanación controlada de aroma de café y cacao. 3. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INVENCIÓN

Las cascarillas de café y cacao son materiales lignocelulósicos, de residuo agroindustrial. Estas cascarillas son una fuente importante de fibra de celulosa. La presente invención emplea este tipo de residuos como materia prima alternativa para la fabricación de pulpa de celulosa. Esta pulpa puede ser empleada para la obtención de papel, cartulina y/o cartón. Adicionalmente, la invención divulga un material compuesto fabricado a partir de esta pulpa de celulosa, que tiene una funcionalidad de liberación de aromas. Además, la presente invención se refiere a un artículo laminado fabricado a partir del material compuesto, el cual puede ser empleado para la elaboración de empaques o contenedores. El material compuesto puede ser empleado tanto en la fabricación de empaques primarios, como en la elaboración de empaques secundarios y/o terciarios.

La presente invención también se refiere al método que incluye la obtención de la pulpa de celulosa a partir de la cascarilla de café o cacao (por el método "kraft") y la posterior adición de un material que permite la liberación controlada de aromas.

4. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1 - Ilustra el artículo laminado fabricado a partir del material compuesto obtenido a partir de cascarilla de café o cacao.

Figura 2 - Ilustra un recipiente que puede ser elaborado mediante el artículo laminado.

5. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

En primer lugar, la presente invención se refiere a la extracción de celulosa de residuos de cascarilla de café o de cascarilla de cacao. La obtención de celulosa puede llevarse a cabo por medio de un proceso químico. Este método consiste en dos fases, la primera es introducir los residuos en un recipiente hermético donde se somete a vapor sobrecalentado a una presión entre 1500 a 2500 psi (10343 a 17237 kPa), durante dos horas, para retirar lignina y lograr una separación inicial de las fibras. La segunda fase es realizar la cocción de los residuos en un recipiente a presión controlada entre 1000 a 2000 psi (6895 a 13790 kPa), con temperatura entre 200 a 250°C, en una solución alcalina basada en hidróxido de sodio (NaOH) y sulfuro de sodio (Na ₂ S). Este proceso permite la extracción de la lignina presente en la cascarilla de café y cacao. Posteriormente, se realiza una separación de los gases a base de sulfuro y un filtrado, para realizar una separación de los residuos que no se degradaron en el proceso. Como resultado de este proceso se obtiene una pasta de celulosa, la cual es clasificada, lavada y blanqueada en diferentes proporciones. Finalmente se seca la pasta obtenida.

A esta pasta de celulosa se le adiciona el material que permite la liberación controlada de aromas. Esta mezcla puede ser realizada mediante extrusión, mezclado mecánico o en solución, generando el material compuesto final.

El material que permite la liberación controlada de aromas puede ser obtenido mediante el encapsulamiento de un compuesto aromático de café o cacao, que se lleva a cabo mediante la dispersión del compuesto aromático (agente activo) en un agente encapsulante, entre los cuales pueden estar goma cashew, goma arábica, goma de mezquite, maltodextrina, quitosano. Esta dispersión se lleva a cabo mediante métodos físicos como: secado por aspersión, extrusión y recubrimiento por aspersión. Igualmente, se pueden emplear métodos químicos como coacervación simple, coacervación compleja y atrapamiento en liposomas. También es posible emplear métodos físico-químicos como polimerización interfacial e inclusión molecular. Lo anterior permite controlar la volatilidad y reactividad del agente activo, incrementando su estabilidad para lograr una mayor duración del aroma en el material compuesto. El material compuesto de la presente invención puede ser empleado en la elaboración de empaques primaros, secundarios y terciarios.

Se entiende por empaque primario aquel empaque que está directamente en contacto con el producto; contiene el producto y además lo protege. El empaque primario puede recubrir el producto por entero o solo parcialmente, pero previene la modificación del contenido sin abrir o modificar dicho envase. Algunos ejemplos de empaques primarios son las bolsas plásticas, botellas, sistema tetra-brick, enlatados y frascos entre otros. Los empaques primarios deben contener datos fundamentales en los que se incluyen el nombre del producto, marca, peso, variedad, productor y país de origen. Asimismo, los empaques primarios deben incluir la fecha de producción y la de vencimiento. Algunos productos advierten acerca de su grado de toxicidad, forma de manipulación y condiciones de almacenamiento. Los empaques primarios pueden también comprender un UPC, sigla en inglés de Universal Product Code o Código Universal de Productos. En el medio es conocido como el Código de Barras, que se traduce en una serie de dígitos que presentan información acerca del productor y del producto como tal.

El empaque secundario es un complemento externo que agrupa varias muestras de empaques primarios, su función es resguardarlo en cantidades que simplifiquen su distribución, almacenamiento e inventario. Dentro del segundo nivel se encuentran las cajas de cartón, guacales (crates), canastas, bandejas y cajas agujereadas (lugs), entre otros. Éstas deben contener ordenadamente las unidades. Las cajas deben ir debidamente marcadas indicando la cantidad de unidades, su resistencia máxima al momento de apilarlas, la marca del producto y sus características básicas.

El empaque terciario de embalaje o transporte se utiliza con el fin de integrar cantidades uniformes del producto, ya dispuesto en empaques secundarios. Entre los empaques terciarios más utilizados se encuentran las tolvas, guacales alambrados o clavados, tarimas, canastas y contenedores entre otros. Dentro de los grandes contenedores de embarque se agregan divisores o tabiques de cartón o plástico, con el fin de dividir y asegurar la mercancía. La carga es provista previamente de refuerzos a los costados y en los extremos para aumentar su resistencia a la compresión.

Con el material compuesto, que comprende pulpa de celulosa obtenida a partir de cascarilla de café o cacao y el material que permite la liberación controlada de aromas, es posible obtener un artículo laminado para la elaboración de empaques primarios, secundarios o terciarios. Este artículo laminado cuenta con tres capas hechas de material compuesto y se encuentra ilustrado en la Figura 1. La diferencia entre las capas radica en el porcentaje en peso de biopolímero biodegradable con material celulósico (cantidad de pulpa de celulosa) que comprende el material compuesto con el que cada una de las capas es elaborada. La unión de las diferentes capas, se obtiene al hacer pasar las diferentes capas por rodillos a una presión, velocidad y temperatura controlada. Esta laminación se puede dar incorporando adhesivos, los cuales pueden ser secos o en emulsión, o por métodos térmicos donde se aplica calor para el sellado de las diferentes capas.

A continuación, se relacionan las características de cada una de las capas que componen al artículo laminado:

• Capa externa (1), que comprende hasta un 100% en peso de biopolímero biodegradable con material celulósico obtenido a partir de cascarilla de café o cacao. Este alto contenido de biopolímero biodegradable proveniente de la cascarilla de café o cacao permite la impresión sobre la capa externa.

• Capa intermedia (2), que comprende entre 5% y 10% en peso de biopolímero biodegradable con material celulósico obtenido a partir de cascarilla de café o cacao. Esta capa intermedia cuenta con estabilidad mecánica.

• Capa interna (3), la cual comprende entre 2% y 5% en peso de biopolímero biodegradable con material celulósico obtenido a partir de cascarilla de café o cacao. Esta capa actúa como barrera a líquidos, es inocuo para permitir el contacto con bebidas y alimentos.

En una modalidad preferida de la invención, la capa externa (1) del artículo laminado comprende hasta un 100 % en peso de biopolímero biodegradable con material celulósico obtenido a partir de cascarilla de café o cacao.

Así, el artículo laminado permite la impresión de información sobre el empaque, el cual es de suma importancia en su aplicación comercial como se ha explicado anteriormente. Además, al comprender altas proporciones de componentes biodegradables (celulosa obtenida a partir de la cascarilla de café o cacao), el artículo puede ser compostado después de su utilización, reduciendo los residuos sólidos asociados a este tipo de empaques, ya sean primarios, secundarios o terciarios. Adicionalmente, este artículo puede liberar aromas.

El material compuesto tiene una resistencia a la flexión mejorada. Particularmente, la resistencia a la flexión del material compuesto de la presente invención se incrementa entre 2 a 38 veces en comparación con la resistencia a la flexión de la PPC. También presenta una densidad entre 0.4 y 0.8 g/cm ³ , un índice de tensión entre 300 a 600 Nm/g, un índice de rasgado con rango de 200 a 300 mNm ² /g, índice de explosión y rendimiento del orden 40 a 60 %.

El material lignocelulósico obtenido a partir de las cascarillas de café y cacao bajo el procedentito anteriormente descrito, puede ser también utilizado para la obtención de papel, cartulina y cartón. La diferencia entre estos productos radica en el gramaje. El papel tiene un gramaje de hasta 130 g/m ² , la cartulina un gramaje entre 130 a 240 g/m ² y el cartón compacto un gramaje de más de 240 g/m ² . EJEMPLOS

Ejemplo 1 - Fabricación de un vaso a partir del artículo laminado de la presente invención.

Se obtuvo un vaso (empaque primario), con liberación de aroma, compuesto por el artículo laminado obtenido a partir de celulosa de cascarilla de café o cacao. Este vaso se ilustra en la Figura 2. El mismo cuenta con (1) capa externa, (2) capa intermedia, (3) capa interna, con un gramaje entre (18 a 250) g/m ² , un calibre de 180 Um. Sus propiedades específicas se reportan a continuación:

Ejemplo 2 - Fabricación de cartulina, cartón y cartón corrugado de la presente invención. Utilizando el método de la presente invención, bajo el proceso de compresión, aplicando una presión y temperatura controlada, se obtiene un material formado por varias capas superpuestas, del material biodegradable y compostable, con un gramaje de 100 y 800 g/m ² en adelante, del cual se obtienen cartulina, cartón y cartón corrugado.