Envase reciclable con capacidad de sellado

La presente memoria descriptiva se refiere, como su título indica, a un envase con capacidad de sellado que comprende una o varias poliamidas, en una proporción mayor o igual al 90% en peso con respecto al total, y en el que la capa de sellado está constituida por una o varias poliamidas con capacidad de sellado a menos de 200°C., permitiendo su reciclado después de su uso.

Campo de la invención

La invención se refiere al campo de los envases reciclables, especialmente aquellos con capacidad de sellado.

Estado actual de la técnica

En la actualidad los envases en materiales plásticos son ampliamente utilizados, y en concreto en el caso de la industria alimentaria algunos de ellos necesitan una barrera al oxígeno que permita ampliar el plazo de conservación de los alimentos y unas determinadas propiedades mecánicas (como resistencia a rotura, punción o rasgado), de deslizamiento o transparencia y brillo. La mayor parte de estos envases, para lograr estas propiedades, tienen una estructura multicapa, normalmente con un mínimo de 5 capas:

- una capa exterior (más alejada del contenido del envase) de polietileno, como barrera contra la humedad,

- una capa intermedia de polietileno modificado, como adhesivo entre la capa exterior de polietileno y la intermedia de poliamida,

- una capa intermedia de poliamida, como barrera contra los gases, aportando también propiedades mecánicas

- una capa intermedia de polietileno modificado, como adhesivo entre la capa interior de polietileno y la intermedia de poliamida, y

- una capa exterior (más próxima al contenido del envase) de polietileno, como barrera contra la humedad y que suele ser la capa de sellado. También se conocen estructuras de 7 capas o más, por ejemplo cuando es necesario una barrera al oxígeno superior a la de la poliamida, siendo necesario el uso de EVOH (etileno- vinil-alcohol):

- una capa exterior (más próxima al contenido del envase) de polietileno, como barrera contra la humedad,

- una capa intermedia de polietileno modificado, como adhesivo entre la capa exterior de polietileno y la intermedia de poliamida,

- una capa intermedia de poliamida, que aporta propiedades mecánicas

- una capa de EVOH que aporta la barrera al oxígeno

-una capa intermedia de poliamida, que aporta propiedades mecánicas

- una capa intermedia de polietileno modificado, como adhesivo entre la capa interior de polietileno y la intermedia de poliamida

- una capa exterior (más próxima al contenido del envase) de polietileno, como barrera contra la humedad y que suele ser la capa de sellado

Este tipo de estructuras multicapa se encuentran descritas por ejemplo en las patentes US4939076 "Barrier stretch film", US5480690 "Multi-layer polyamide-based packaging casing", ES2109533 "Capas de barrera hechas de poliamida transparente", y JP2000109689 "Copoliamyde film", y permiten sumar los efectos de diferente materiales, consiguiendo un envase muy efectivo, ampliamente utilizado, pero con el grave problema de que el reciclado de estos envases después de su uso es muy difícil y costoso, ya que la separación de las capas de distintos materiales es casi imposible después de la fabricación del envase, normalmente por extrusión.

También se conocen envases para los que se requiere una permeablilidad a los gases, para permitir su salida, tal y como podemos encontrar descrito por ejemplo en ES2292743 "Película de envoltura para alimentos" y ES2324914 "Lámina o envoltura para alimentos tubular o plana ahumable para envases de productos alimenticios, así como procedimiento de producción", que suelen estar conformados por una mezcla de materiales plásticos, que a veces incluyen una pequeña proporción de poliamida, y que al llevar mezcla, al igual que en el caso anterior, impide su reciclado.

Además, en caso de que se requiera además en el envase una característica de sellado consigo mismo, o con otros materiales similares, como por ejemplo cuando adopta la forma de film, son necesarias estructuras multicapas, en las que se puede utilizar para la función de sellado una de las capas de polietileno, tal y como se describe por ejemplo en KR100698375 "Múltiple Layer Film for Packaging Food", que dificulta aún más su reciclado posterior.

También se conocen algunos envases que utilizan poliamida en elevado porcentaje, como son los utilizados en sustancias pastosas para evitar la adherencia del alimento al envase, tal y como podemos encontrar reivindicacdo en ES2077110 "Envoltura multicapas de estructura tubular ¹ ' y ES2160192 "Envoltura de poliamida para embutidos con característica de peladura mejorada" Este tipo de envases utilizan poliamidas con una alta temperatura de fusión, que impide que tengan capacidad de sellado, por lo que deben de cerrarse mediante soldadura, remaches o clips de cierre metálicos o plásticos. Alguno de estos envases, como el descrito en ES2586652 "Película tubular sellable, multicapa, orientada biaxialmente para el envase y cubierta de carne, carne con hueso, y productos alimenticios pastosos y su utilización", indican el posible uso de una poliamida sellable, pero en un porcentaje total bastante inferior al 90%, lo cual impide su correcta identificación y la posibilidad de realizar un separado industrial que propicie su reutilización.

En la actualidad no se conocen envases que contengan un 90% o más de poliamidas y en los que la capa de soldadura sea una poliamida con una temperatura de sellado inferior a 200°C, con fácil reciclabilidad, y que presenten las deseadas propiedades de permeabilidad a los gases, especialmente frente al oxígeno y C0 ₂ , combinado con un sellado consigo mismo y con otras poliamidas, así como excelentes propiedades ópticas y mecánicas como resistencia a la rotura, punción, rasgado o impacto.

Descripción de la invención

Para solventar la problemática existente en la actualidad en cuanto al reciclado de los films y envases constituidos por varias capas de diferentes materiales, se ha ideado el envase reciclable con capacidad de sellado, que comprende:

- una o varias poliamidas, en una proporción mayor o igual al 90% en peso con respecto al total, preferentemente del 95%, y más preferentemente del 100%, y

- otros polímeros distintos de dichas poliamidas, tintas y/o aditivos, en una proporción menor o igual al 10% en peso con respecto al total.

La capa de sellado está constituida por una o varias poliamidas que sellan a menos de 200°C y resulta en una composición reutilizable, ya que es identificable y separable selectivamente de otros residuos plásticos. La identificación y separación selectiva de otros residuos se realiza mediante tecnologías adecuadas, por ejemplo como la infrarroja.

Para conseguir estas propiedades de poder ser identificable, separable selectivamente y por tanto reutilizable, interesa que el porcentaje de poliamida sea el más alto posible, idealmente del 100%, aunque por necesidades técnicas del envase puede rebajarse dicho porcentaje, incorporando otros materiales hasta un 10% sin por ello mermar significativamente dichas propiedades.

Esta composición es aplicable tanto a envases monocapa, en cuyo caso se considera capa se sellado a la única capa existente, como a envases multicapa, en cuyo caso se considera capa de sellado a una de las capas externas

Esta composición consigue una temperatura de fusión lo suficientemente baja como para que selle consigo misma y con otras poliamidas. Asimismo permite utilizar diversos tipos de poliamida, obteniendo mediante su realización preferente un envase con una permeabilidad al oxígeno inferior a la de la poliamida estándar PA6 o Nylon 6, logrando por tanto un mejor efecto de barrera para el oxígeno, y obteniendo asimismo, mediante su realización alternativa, un envase con una permeabilidad al oxígeno y al C0 ₂ notablemente superior a la de la poliamida estándar PA6 o Nylon 6, logrando por tanto un mejor efecto de permeabilidad a los gases, permitiendo por tanto una gran adaptabilidad a las necesidades de envasado.

Este envase que se ha descrito tiene un uso característico en aplicaciones alimentarias, especialmente en fabricación de films, bolsas, bandejas y otros tipos de recipientes.

Ventajas de la invención

Este envase reciclable con capacidad de sellado que se presenta aporta múltiples ventajas sobre los disponibles en la actualidad siendo la más importante que, al contener al menos un 90% de poliamida permite después de su uso, su identificación, separación (por ejemplo por tecnología de FTIR) y su reciclado

Otra ventaja de la presente invención es que la capa de sellado del envase tiene una temperatura de fusión lo suficientemente baja como para que propicie el sellado consigo mismo y con otras poliamidas, gracias a la elección para la poliamida presente en la capa de sellado de los monómeros adecuados, así como por su fabricación en un proceso de polimerización adecuado que favorece más su disposición random que en bloque , que disminuyen la cristalinidad de dicha poliamida

Otra importante ventaja a destacar es que las poliamidas utilizadas tienen un buen procesado en film y lámina, y unas propiedades mecánicas y de barrera o permeabilidad a los gases muy interesantes para la fabricación de diferentes tipos de envases de uso alimentario.

También debemos resaltar la excelente resistencia y deformación que presentan frente a rotura, y la alta resistencia al rasgado y punción que propicia su uso como envases de alimentos con huesos, o bandejas muy profundas.

Otra importante ventaja es que este envase presenta, en su realización preferente, un efecto de barrera a los gases, especialmente al oxígeno, superior a la mayoría de las poliamidas comerciales, siendo especialmente interesante para alimentos que se estropean por oxidación en presencia de oxígeno.

También hay que destacar que, en su realización alternativa, este envase presenta una alta permeabilidad a los gases, especialmente al oxígeno y al C0 ₂ , superior a la mayoría de las poliamidas comerciales, siendo especialmente interesante para alimentos que durante su almacenamiento generan gases, como por ejemplo el queso, que genera C0 ₂ cuando madura en el envase.

Realización preferente de la invención

La constitución y características de la invención podrán comprenderse mejor con la siguiente descripción, en la que especificamos que en el envase reciclable con capacidad de sellado comprende:

- una o varias poliamidas, en una proporción mayor o igual al 90% en peso con respecto al total, preferentemente del 95%, y más preferentemente del 100%, y

- otros polímeros distintos de dichas poliamidas, tintas y/o aditivos, en una proporción menor o igual al 10% en peso con respecto al total, estando la capa de sellado constituida por una o varias poliamidas que sellan a menos de 200°C y resultando en una composición identificable y separable selectivamente de otros residuos plásticos y por lo tanto reutilizable. La identificación y separación selectiva de otros residuos se realiza mediante tecnologías adecuadas, por ejemplo como la infrarroja.

Para conseguir estas propiedades de poder ser identificable, separable selectivamente y por tanto reutilizable, interesa que el porcentaje de poliamida sea el más alto posible, idealmente del 100%, aunque por necesidades técnicas del envase puede rebajarse dicho porcentaje, incorporando otros materiales hasta un 10% sin por ello mermar significativamente dichas propiedades.

Esta composición es aplicable tanto a envases monocapa, en cuyo caso se considera capa se sellado a la única capa existente, como a envases multicapa, en cuyo caso se considera capa de sellado a una de las capas externas

Esta composición consigue una temperatura de fusión lo suficientemente baja como para que selle consigo misma y con otras poliamidas. En concreto, para 50 mieras de espesor se obtiene un sellado a una temperatura menor de 200°C, preferiblemente menor de 160°C y más preferiblemente menor de 140°C. La resistencia de la soldadura sí obtenida es mayor de 18 MPa.

La poliamida o poliamidas con capacidad de sellado son fabricadas, de forma preferente pero no exclusiva, a partir de monómeros como ácido adípico, ácido isoftálico, ácido tereftálico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido undecanodioico, ácido dodecanodioico, ácido tetradecanodioico, ácido pentadecanodioico, ácido hexadecanodioico, tetrametilendiamina, hexametilendiamina, isoforonediamina, 1,5-pentanodiamina, xililendiamina, caprolactama, laurolactama, ácido omegaaminoundecanoico, etc.

Los otros polímeros distintos de dicha poliamida son elegidos del grupo formado por etileno- vinil-alcohol, (EVOH), polietileno (LDPE, LLDPE, mLLDPE, MDPE, HDPE), polietileno modificado, polipropileno (PP), polipropileno modificado, polietileno tereftalato (PET, PETG, CPE), cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno (PS), ionómeros, etileno acetato de vinilo (EVA), etileno acetato de butilo (EBA), cyclic olefin copolymer (COC), AlOx, SiOx o una combinación de ellos..

En una realización preferente del envase reciclable con capacidad de sellado, la poliamida comprende - meta-xilinendiamina en una proporción mayor o igual al 5%, preferentemente comprendida entre el 5% y el 30%, en peso con respecto al total,

- ácido isoftálico, también denominado como IPA (isophthalic acid) y/o ácido tereftálico, también denominado como PTA (terephthalic acid), de tal manera que la suma del contenido de ambos dos sea mayor o igual al 3%, preferentemente en una proporción comprendida entre el 3% y el 18%, en peso con respecto al total, y

- caprolactama en una proporción menor o igual al 89%, preferentemente en una proporción comprendida entre el 34% y el 89%, en peso con respecto al total.

Esta composición consigue una permeabilidad al oxígeno menor de 15 cc/m ² .dia, medida a 23°C y 50% humedad, preferiblemente menor de 11 cc/m2.dia, y más preferiblemente menor de 8 cc/m2.día, para un espesor de 50 mieras, siendo por tanto inferior a la de la poliamida estándar PA6 o Nylon 6, que presenta una permeabilidad, en las mismas condiciones, comprendida entre 15 y 20 cc/m ² .dia, logrando por tanto un mejor efecto de barrera para el oxígeno.

En una realización alternativa del envase reciclable con capacidad de sellado, la poliamida comprende

- hexametilendiamina en una proporción mayor o igual al 5%, preferentemente en una proporción comprendida entre el 5% y el 30%, en peso con respecto al total,

- ácido dodecanodioico en una proporción mayor o igual al 10%, preferentemente en una proporción comprendida entre el 10% y el 60%, en peso con respecto al total, y

- caprolactama en una proporción menor o igual al 85%, preferentemente en una proporción comprendida entre el 10% y el 85%, en peso con respecto al total,

Esta composición consigue una permeabilidad al oxígeno mayor de 20 cc/m ² .dia, medida a 23°C y 50% humedad, preferiblemente mayor de 30 cc/m ² .dia, y más preferiblemente mayor de 50 cc/m ² .día, para un espesor de film de 50 mieras, siendo por tanto superior a la de la poliamida estándar PA6 o Nylon 6, que presenta una permeabilidad, en las mismas condiciones, comprendida entre 15 y 20 cc/m ² .dia, logrando por tanto un mejor permeabilidad para el oxígeno. Asimismo, consigue una permeabilidad al C0 ₂ mayor de 105 cc/m ² .dia, preferiblemente mayor de 200 cc/m ² .dia, medida a 23°C y 0% humedad, para un espesor de film de 50 mieras, siendo por tanto superior a la de la poliamida estándar PA6 o Nylon 6, que presenta una permeabilidad, en las mismas condiciones, comprendida entre 95 y 105 cc/m ² .dia, logrando por tanto un mejor permeabilidad para el C0 ₂ .

Este envase reciclable con capacidad de sellado que se ha descrito tiene un uso característico en aplicaciones alimentarias, especialmente en fabricación de envases a vacío, skin, retráctiles, bolsas, así como en bandejas, tapas y otros tipos de recipientes. También es característico y posible el uso como envases para aplicaciones no alimentarias.

Para llegar al resultado descrito, se han realizado diversos ensayos experimentales, entre las que destacamos las siguientes:

Permeabilidad a los gases

Partiendo de la composición indicada en la realización preferente, se han realizado medidas en films con un espesor de 50 mieras, comprobando como su permeabilidad a los gases, tanto oxígeno como al dióxido de carbono C0 ₂ , es inferior en todos los casos a la poliamida estándar PA6, presentando por ello mejor efecto de barrera contra los gases. Tabla 1 -

Con la composición indicada en la realización alternativa, se han realizado asimismo medidas en films con un espesor de 50 mieras, comprobando como su permeabilidad a los gases, tanto oxígeno como al dióxido de carbono C0 ₂ , es superior en todos los casos a la poliamida estándar PA6, presentando por ello mejor efecto permeabilidad a los gases. Tabla 2 -

Temperatura de fusión Partiendo de la composición indicada en la realización preferente, en un ensayo de Differential Scanning Calorimetry (DSC), en el que se calienta una muestra de granza del compuesto a una velocidad de 10°C/min hasta 250°C, debe aparecer al menos un pico endotérmico a una temperatura menor o igual a 205°C, preferiblemente menor o igual a 185°C. Se obtiene un pico endotérmico = Peak valué: 183°C, Enset: 189°C

Con la composición indicada en la realización alternativa, y en las mismas condiciones y requerimientos anteriores, se obtiene un pico endotérmico = Peak valué: 160°C, Enset: 172°C La persona experta en la técnica comprenderá fácilmente que puede combinar características de diferentes realizaciones con características de otras posibles realizaciones, siempre que esa combinación sea técnicamente posible.

Toda la información referida a ejemplos o modos de realización forma parte de la descripción de la invención.