ES2319752T3 - Un material compuesto que comprende un sustrato y una capa barrera aplicada al sustrato. - Google Patents
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Abstract
Material compuesto que comprende un sustrato, una capa barrera intermedia sobre el sustrato, y una capa de recubrimiento encima de la capa barrera, caracterizado porque la capa barrera comprende un compuesto de triazina cristalina seleccionado de melamina, ammelina, ammelida, acido cianúrico, 2-ureidomelamina, melam, melem, melon, una melamina funcionalizada, y sales de melamina, y porque la capa de recubrimiento comprende polietileno, polipropileno, polipropileno orientado biaxialmente, polietileno tereftalato, o polibutileno tereftalato.
Description
Un material compuesto que comprende un sustrato
y una capa barrera aplicada al sustrato.
La invención se refiere a un material compuesto
que comprende un sustrato, una capa barrera intermedia sobre el
sustrato, y una capa de recubrimiento por encima de la capa barrera.
La invención se refiere en particular a un material compuesto que
comprende un sustrato y una capa que tiene propiedades de barrera de
permeabilidad sobre el sustrato. La invención también se refiere a
un proceso para la fabricación de un material compuesto que
comprende un sustrato, una capa barrera intermedia sobre el sustrato
y una capa de recubrimiento por encima de la capa barrera que usa
deposición por vapor.
Un material compuesto que comprende un sustrato
y una capa sobre el sustrato fue divulgado en
US-A-3,442,686. Esta patente
describe una película compuesta que incluye una lámina base
orgánica, un revestimiento superior sellable a calor, y una capa
barrera intermedia de un material inorgánico. La capa barrera
divulgada, que comprende preferentemente una sal u óxido
inorgánico, es típicamente depositada por vapor en la lámina base y
luego recubierta por un revestimiento superior extruido. La capa
barrera, generalmente de al menos 0.02 um de grosor, y más
típicamente de 0.06-0.6 um de grosor, se proporciona
para reducir la permeabilidad de la película compuesta a gases y
vapor de agua.
Sin embargo, a pesar del uso de materiales
inorgánicos de "estado vidrioso", que se prefieren por encima
de materiales más cristalinos para formar la capa, la capa barrera
inorgánica divulgada permanece relativamente frágil. Esta
fragilidad mantenía un inconveniente que permite que se formen
grietas en la capa barrera cuando la cinta era deformada. Este
agrietamiento degrada seriamente el desempeño de la capa barrera,
permitiendo que los gases y el vapor de agua penetren la película.
Otro inconveniente asociado con las capas inorgánicas divulgadas
son las altas temperaturas desarrolladas en la película durante el
proceso de deposición al vacío, usualmente por encima de 100ºC.
Estas altas temperaturas limitan seriamente el uso de las capas
inorgánicas divulgadas en sustratos sensibles a la temperatura
tales como polímeros con una baja temperatura de transición vítrea.
Además, inconvenientes adicionales asociados con las películas
divulgadas son su alto costo, claridad óptica reducida y
decoloración tal como amarillo (óxido de silicio) o
rojo-amarillento (óxido de hierro).
El solicitante ha desarrollado un material
compuesto mejorado que comprende un sustrato y una capa barrera de
compuesto de triazina que supera algunas de las deficiencias
asociadas con las capas barreras inorgánicas. Además, el
solicitante ha desarrollado un proceso para la fabricación del
material compuesto mejorado en el cual la capa barrera de triazina
puede ser depositada por vapor en materiales de sustratos sensibles
al calor.
Se encontró que el material compuesto de acuerdo
con la invención proporciona una barrera sorprendentemente duradera
para gases, en particular oxígeno, usando una capa barrera que
comprende un compuesto de triazina. Sorprendentemente, fue también
encontrado que los materiales compuestos de acuerdo con la presente
invención exhiben una sellabilidad excelente y adicionalmente
proporcionan buena capacidad para ser pintada, para ser impresa y
resistencia a los rasguños.
El material compuesto de acuerdo con la presente
invención, utilizando una capa barrera de compuesto de triazina
cristalina en lugar de una capa barrera inorgánica tal como el oxido
de silicio, así como una capa de recubrimiento, también exhibe
resistencia mejorada al daño mecánico. Esto significa que los
materiales preparados de acuerdo con la presente invención son más
capaces de mantener sus propiedades de barrera después de estar
sujetos a deformación aumentando su utilidad como materiales de
empaquetamiento.
Una ventaja adicional se deriva de las
temperaturas más bajas requeridas para la aplicación de la capa de
compuesto de triazina al material de sustrato. Estas temperaturas
más bajas permiten que una capa de compuesto de triazina sea
aplicada a los materiales sensibles a la temperatura tales como el
polietileno que no toleraría las temperaturas necesarias para la
aplicación de una capa barrera inorgánica.
Además, los costos de producción de materiales
compuestos con una capa barrera de compuesto de triazina son más
bajos que los asociados con la producción de materiales compuestos
equivalentes usando una capa barrera inorgánica. Además, ha sido
encontrado que los materiales compuestos que incorporan una capa
barrera de compuesto de triazina incluso de grosor de 1 \mum y
mas, mantienen una transparencia satisfactoria.
Los compuestos de triazina que son usados de
acuerdo con la invención son melamina, ammelina, ammelida, ácido
cianúrico, 2-ureidomelamina, melam, melem, melon,
una melamina funcionalizada (como por ejemplo hexametoximetil
melamina o acrilato-melamina funcionalizada), y
sales de melamina (como por ejemplo cianuro de melamina, fosfato de
melamina, pirofosfato de dimelamina o polifosfato de melamina). Sin
embargo, la invención no está limitada a estos compuestos de
triazina. Los compuestos de triazina preferidos son melamina, melam,
melem, melon, o una combinación de los mismos, siendo la melamina
particularmente preferida. La temperatura a la cual la melamina u
otros componentes de la triazina pueden ser depositados por vapor es
más baja que 600ºC, preferiblemente más baja que 400ºC.
La invención puede ser aplicada con la capa que
comprende solo un compuesto de triazina, pero también es posible
que la capa comprenda una combinación de dos o más compuestos de
triazina. También es posible que sean usadas varias capas distintas
de uno o más compuestos de triazina, por ejemplo una capa de
melamina, así como una capa de melam o melem, para formar la capa
barrera. La ventaja de este procedimiento es que permite que sean
combinadas las propiedades específicas de los diferentes compuestos
de triazina.
De acuerdo con la invención también es posible
para la capa barrera contener compuestos además de los compuestos
de triazina descritos. Preferiblemente un compuesto de triazina, o
una combinación de compuestos de triazina, comprende la mayoría de
la capa barrera en materiales compuestos de acuerdo con la
invención. En particular la capa barrera preferiblemente contiene
al menos 75%p., y más preferiblemente al menos 90%p., de
compuesto(s) de triazina. En materiales compuestos de
acuerdo con la invención, el grosor de la capa barrera es
preferiblemente menor que 50 \mum, más preferiblemente menor que
10 \mum y lo más preferido menor que 5 \mum. El grosor mínimo
de la capa barrera, sin embargo, proporcionaría una capa
monomolecular continua de la triazina, y más preferiblemente,
tendría un grosor como mínimo de 5 nm.
Los sustratos adecuados para la aplicación de la
capa barrera de triazina de acuerdo con la invención incluyen, pero
no están limitados a, polímeros, vidrio, papel y preferiblemente
papel prerrecubierto, cartón y preferiblemente cartón
prerrecubierto, y metal. El tipo de sustrato seleccionado, así como
la forma y el grosor del sustrato, dependerán en gran medida de la
pretendida aplicación para el producto final y no actúa, por lo
tanto, para limitar el alcance de la invención. Los ejemplos de
polímeros que pueden ser utilizados como sustratos incluyen
polietileno, polipropileno, copolímeros de
acrilonitrilo-butadieno-estireno,
polietileno tereftalato, poliamida, policarbonato, pero la
invención tampoco está limitada a estos polímeros.
En particular, el solicitante ha desarrollado un
material compuesto que comprende un sustrato y una capa barrera, la
capa barrera comprendiendo un compuesto de triazina. Como se usa
aquí, una capa barrera se refiere a una capa que, cuando es
aplicada a un sustrato, produce un material compuesto que exhibe
permeabilidad al gas considerablemente reducida, particularmente
permeabilidad al oxígeno reducida, cuando se compara con un sustrato
no revestido.
Los solicitantes han encontrado que los
compuestos de triazina son particularmente adecuados para la
aplicación a una variedad amplia de materiales de sustrato para
formar una capa barrera. Adicionalmente, todo, o al menos una
porción, del compuesto de triazina usado en la capa barrera tiene
una estructura cristalina. Sin comprometerse con ninguna teoría
científica, el solicitante especula que los compuestos de triazina
son capaces de formar estructuras cristalinas que comprendan una
pluralidad de anillos de triazina interconectados por los enlaces
de hidrógeno. La ventaja de tal estructura cristalina es reportada
por M. Salame; Journal of Plastic Films & Sheeting; Vol. 2,
octubre 1986.
El desempeño de la barrera de gas del material
compuesto de acuerdo con la presente invención proporciona ventajas
para las aplicaciones de empaquetamiento de comestibles. En las
aplicaciones de empaquetamiento de comestibles el material
compuesto de acuerdo con la invención puede ser proporcionado como
una película compuesta. Una variedad de películas, incluyendo por
ejemplo polímeros como polietileno, polipropileno, polipropileno
orientado biaxialmente, polietileno tereftalato, polibutileno
tereftalato y poliamida, pueden ser utilizadas como sustratos
adecuados. La selección de la estructura de sustrato no está, sin
embargo, limitada a películas sino que incluye polímeros y
copolímeros o mezclas de polímeros conformados en placas, cartones,
cajas, botellas, canastas y otros contenedores. Similarmente el
rango de las composiciones de sustratos adecuados no está limitado
a polímeros y copolímeros, sino que incluye papel y preferiblemente
papel prerrecubierto, cartón y preferiblemente cartón
prerrecubierto y otros materiales de empaquetamiento comunes.
De acuerdo con la invención al menos una capa
más se aplica sobre la capa barrera de compuesto de triazina. El
material compuesto comprende un sustrato, una capa barrera
intermedia que comprende un compuesto de triazina formado sobre el
sustrato, y una capa de recubrimiento formada encima de la capa
barrera. La selección de un material apropiado de la capa de
recubrimiento produce un material compuesto con una mejorada
resistencia a la humedad. Los materiales de la capa de
recubrimiento comprenden polietileno, polipropileno, polipropileno
orientado biaxialmente, polietileno tereftalato y polibutileno
tereftalato. Es importante que haya suficiente adhesión entre la
capa barrera de compuesto de triazina y la capa de recubrimiento
para evitar la delaminación. Para asegurar suficiente adhesión, se
prefiere un adhesivo o capa adhesiva para unir la capa de
recubrimiento a la capa barrera. El mismo compuesto de triazina
puede actuar como adhesivo, o ser al menos el mayor componente del
adhesivo. Estructuras multicapas construidas de repetidas capas de
películas y compuestos de triazina son también posibles para
producir materiales compuestos que son resistentes a la humedad y
tienen baja permeabilidad al gas.
Los compuestos de triazina pueden ser aplicados
a un sustrato de acuerdo con la invención usando equipos y técnicas
de deposición por vapor conocidas. La deposición por vapor del
compuesto de triazina sobre el sustrato puede tener lugar bajo
presión elevada o presión atmosférica, pero se prefieren las
presiones reducidas. Adicionalmente el proceso puede tener lugar en
una atmósfera inerte tal como una atmósfera de nitrógeno. Por
ejemplo, un proceso de deposición por vapor de acuerdo con la
invención puede ser dirigido en una cámara de vacío teniendo una
presión de menos de 1000 Pa, preferiblemente menos de 100 Pa, y más
preferiblemente menos de 10 Pa. Si un gas inerte está presente el
gas inerte, por ejemplo nitrógeno, se refiere al gas o a los gases
presentes en la cámara de deposición diferentes al compuesto o
compuestos que sean depositados por vapor.
En un proceso típico de deposición por vapor, el
sustrato y un suministro del compuesto de triazina son colocados en
una cámara de vacío bajo una atmósfera inerte. La presión dentro de
la cámara de vacío es entonces reducida y el compuesto de triazina
es vaporizado por calentamiento. Cuando el compuesto de triazina
vaporizada contacta el sustrato, el cual es mantenido a una
temperatura baja, se solidifica para formar una capa en el sustrato.
La diferencia de temperatura mantenida entre el compuesto de
triazina vaporizado y el sustrato para promover la deposición es
preferiblemente de al menos 100ºC.
La temperatura necesaria para vaporizar el
compuesto de triazina depende de ambos, el tipo de compuesto de
triazina seleccionado y la presión a la cual la deposición es
conducida. La velocidad a la que el compuesto de triazina
seleccionado es vaporizado es dependiente de la temperatura y la
presión, con temperaturas más altas y presiones más bajas que
proporciona una vaporización incrementada. A través de la selección
de las combinaciones de temperatura y presión apropiadas, la
velocidad de vaporización, o la velocidad de sublimación, del
compuesto de triazina puede ser ajustada para controlar la velocidad
a la cual la capa barrera se forma sobre el sustrato. El límite
superior para la temperatura de vaporización será aquella
temperatura a la cual el compuesto de triazina se descompondrá.
El solicitante también ha encontrado que el
material compuesto de acuerdo con la invención también exhibe
resistencia mejorada a rasguños como resultado de la capa de
triazina depositada por vapor. Un aumento adicional en la
resistencia a rasguños puede ser logrado mediante la reticulación
del compuesto de triazina depositado por vapor. Como se usa aquí la
reticulación se entiende que significa reaccionar el compuesto de
triazina y otro compuesto para formar una red tridimensional. Un
ejemplo de un compuesto tal es el formaldehído.
El solicitante también ha encontrado que las
propiedades de fractura de los materiales de cerámica (vidrio)
pueden ser mejoradas depositando una capa de un compuesto de
triazina sobre los materiales de cerámica. Similarmente, el
solicitante ha encontrado que la resistencia a la corrosión de los
metales puede ser mejorada depositando una capa de un compuesto de
triazina sobre un sustrato de metal. El compuesto de triazina
aplicado de esta manera puede eliminar la necesidad de la
aplicación de una capa de zinc o de cromo sobre superficies de metal
susceptibles para evitar la corrosión.
Claims (13)
1. Material compuesto que comprende un sustrato,
una capa barrera intermedia sobre el sustrato, y una capa de
recubrimiento encima de la capa barrera, caracterizado porque
la capa barrera comprende un compuesto de triazina cristalina
seleccionado de melamina, ammelina, ammelida, acido cianúrico,
2-ureidomelamina, melam, melem, melon, una melamina
funcionalizada, y sales de melamina, y porque la capa de
recubrimiento comprende polietileno, polipropileno, polipropileno
orientado biaxialmente, polietileno tereftalato, o polibutileno
tereftalato.
2. Material compuesto de acuerdo con la
reivindicación 1, donde el sustrato comprende un polímero, cerámica,
vidrio, metal, papel prerrecubierto, o cartón prerrecubierto.
3. Material compuesto de acuerdo con la
reivindicación 1, donde el sustrato comprende polietileno
tereftalato o polipropileno orientado biaxialmente.
4. Material compuesto de acuerdo con la
reivindicación 1, donde la capa barrera comprende un compuesto de
triazina seleccionado de melamina, melam, melem, melon o una
combinación de estos.
5. Material compuesto de acuerdo con la
reivindicación 1, donde el compuesto de triazina es melamina.
6. Material compuesto de acuerdo con cualquiera
de las reivindicaciones 1-5, que tiene una capa
adhesiva entre la capa barrera y la capa de recubrimiento.
7. Proceso para la fabricación de un material
compuesto que comprende un sustrato, una capa barrera intermedia
sobre el sustrato, que comprende el paso de deposición por vapor de
la capa barrera sobre el sustrato, seguido por la deposición de la
capa de recubrimiento mediante el cual la deposición por vapor se
hace bajo presión reducida y mediante el cual el vapor comprende un
compuesto de triazina seleccionado de melamina, ammelina, ammelida,
ácido cianurico, 2-ureidomelamina, melam, melem,
melon, a melamina sal, y una melamina funcionalizada.
8. Proceso de acuerdo con la reivindicación 7,
donde el compuesto de triazina comprende melamina, melam, melem,
melon, cianurato de melamina, melamina fosfato, dimelamina
pirofosfato, melamina polifosfato, hexametoximetil melamina,
acrilato- melamina funcionalizada, o combinaciones de los
mismos.
9. Proceso de acuerdo con la reivindicación 8,
donde el compuesto de triazina comprende melamina, hexametoximetil
melamina, acrilato-melamina funcionalizada o
combinaciones de los mismos.
10. Proceso de acuerdo con la reivindicación 7,
mediante el cual la presión durante la deposición por vapor es menor
que 10 Pa.
11. Proceso de acuerdo con la reivindicación 10,
mediante el cual la presión está entre 5* 10^{-3} y 1* 10^{-2}
Pa.
12. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 7-11, que comprende el paso de
reticular el compuesto de triazina en la capa barrera.
13. Proceso de acuerdo con la reivindicación 7,
caracterizado porque la diferencia de temperatura entre el
compuesto de triazina vaporizado y el sustrato sobre el cual el
compuesto de triazina es depositado por vapor es mayor que
100ºC.
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