Procedimiento para la fabricación de envases pasivos con propiedades mejoradas,

activos, inteligentes y bioactivos mediante la incorporación de polímeros obtenidos por técnicas de electroestirado.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de nuevos materiales y envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos mediante la incorporación de nanorefuerzos obtenidos por técnicas de electroestirado a matrices plásticas que comprende las etapas de disolver o disminuir la viscosidad en seco por calor de al menos un polímero, electroestirar la disolución o fundido obtenido, añadir las fibras electroestiradas a un material polimérico para dar lugar a un concentrado de plástico o a un enriquecido en granza y procesar y conformar el concentrado o el enriquecido en granza para constituir un material de aplicación en envases o un envase. Además la invención se refiere al uso de los productos obtenidos mediante el procedimiento de fabricación

Procedimiento para la fabricación de envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos mediante la incorporación de polímeros obtenidos por técnicas de electroestirado.

La presente invención se refiere al diseño de nuevos nanocompuestos poliméricos pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos, a partir de la incorporación a materiales típicamente usados en el diseño de envases, de nanorefuerzos obtenidos por la técnica del electroestirado, para su aplicación ventajosa en la fabricación de materiales de inclusión en envases, envases o recubrimientos. Estos envases están caracterizados por la introducción de materiales con estructuras submicrométricas, cuyo origen son polímeros derivados del petroleo y biopolímeros, entendiendo por estos últimos, estructuras químicas de cadena larga cuyo origen esté relacionado con organismos vivos bien naturales o bien modificados genéticamente. Los nanoproductos contenidos en el material de envase o recubrimiento, contendrían del mismo modo en su interior componentes de diverso origen, tales como compuestos silicatados modificados o sin modificar, cerámicos porosos, compatibilizadores, estructuras laminares sintéticas, partículas con propiedades antimicrobianas, metales y/o sus sales, antioxidantes, absorbedores, aceites marinos, minerales, vitaminas, probióticos, prebióticos o simbióticos y otras sustancias biológicas como enzimas, bacteriocinas u otras que se emplean o están siendo ya consideradas para su utilización dentro del ámbito de los envases pasivos con propiedades térmicas, mecánicas y barrera mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos.

Antecedentes de la invención

En el campo de los polímeros, una de las áreas que un mayor interés está generando, es la fabricación de nanofibras y nanotubos poliméricos, indistintamente conocida como la nanotecnología de las fibras, electrospinning o electroestirado. Aunque el proceso fue patentado hace más de cien años (W.J. Morton. US Patent 705), es más bien recientemente, cuando renace una atención especial sobre esta tecnología. Esto se debe a las nuevas posibilidades que ofrecen estos materiales electroestirados o nanocompuestos por la combinación única de su reducido tamaño y alta relación superficie/volumen. De esta forma, en función de las propiedades otorgadas en su origen, éstos poseen numerosas aplicaciones en diferentes campos, como por ejemplo: el desarrollo de sensores para la defensa y seguridad, la ingeniería de tejidos para la biomedicina, la fabricación de membranas y filtros para el medioambiente o la producción de celdas solares fotovoltaicas para el sector energético (S. Ramakrishna, K. Fujihara, W-E. Teo, T. Yong, Z. Ma, R. Ramakrishna. Materials Today, 9, 40, 2006).

La técnica del electroestirado, en sus diversas formas, comprende la creación de un fuerte campo eléctrico sobre la superficie de un líquido o solución en la cual generalmente se encuentra disuelto un material polimérico (D. Reneker, I. Chun, D. Ertley. US Patent 6382526; A. Barrero Ripoll, A. Gañán Calvo, I. González Loscertales, M. Márquez Sánchez, R. Cortijo Bon. Patente ES 2180405B1). La fuerza eléctrica resultante aplicada, es capaz de generar un chorro o jet del propio líquido, el cual deviene transportador de la misma carga eléctrica. De hecho se conoce que dicho chorro realmente es creado por la inestabilidad que se produce cuando, por neutralización de cargas, el valor de la fuerza del mismo campo eléctrico se aproxima a la tensión superficial de la solución resultante (D. H. Reneker, A. L. Yarin, H. Fong, S. Koombhongse. Journal of Applied Physics, 87, 4531, 2000). Entonces, este chorro es expulsado y puede ser atraído por otros objetos eléctricos, de forma que es recogido en un colector que se encuentra opuestamente cargado. En el transcurso del desplazamiento, el chorro se alarga, endurece y seca, evaporándose el disolvente para dar como resultado la formación de una fibra ultrafina (D. Smith, D. Reneker, A. Mc Manus, H. Schreuder-Gibson, C. Mello, M. Sennett. US Patent 6753454; D. Reneker, D. Smith. International Patent WO2006116014). No obstante, en función de los parámetros del equipo y/o las características de la solución polimérica, diferentes morfologías, algunas de ellas mostradas en la Figura 1, han podido ser observadas, tales como láminas, tubos y esferas (S. Torres-Giner, E. Gimenez, J.M., Lagaron. Food Hydrocolloids, doi:10.10164.foodhyd.2007.02.005, 2007). Estas fibras pueden, a su vez, incorporar otros componentes, tales como materiales biológicos que doten a las mismas de nuevas propiedades (D. Reneker, D. Smith. International Patent WO2006133118). El equipo también permite ciertas modificaciones, como por ejemplo la generación de un chorro coaxial (A. Barrero Ripoll, I. González Loscertales, M. Márquez Sánchez. Patente ES 2245874A1).

La industria alimentaría posee un marcado interés en los beneficios potenciales que puedan aportar los usos de los nuevos materiales fabricados por la nanotecnología. En este sentido, se trabaja en el desarrollo de nuevos productos basados en la nanociencia, denominados comúnmente nanoproductos, y cuyas características aseguren innovación y seguridad al consumidor. Estos nanoproductos alimentarios o nanoalimentos, pueden dividirse en dos grandes subcategorías, en función de si entran en contacto directo o no con el producto que va a ser ingerido por el consumidor. Por una parte, la posibilidad de incluir ciertos nanoproductos directamente a los alimentos permitirá la creación productos nutracéuticos a la carta. El proceso consiste en crear cápsulas comestibles basadas en nanoestructuras con la finalidad de mejorar ciertos alimentos y crear nuevos (A. Barrero Ripoll, A. Gañán Calvo, I. González Loscertales, R. Cortijo Bon, M. Márquez. US Patent 6989169). Estos nanoalimentos poseen una mayor personalización al poder adaptarse al perfil nutricional y a la salud de las personas, de forma que puedan liberar sustancias apropiadas y retener otras. Otra gran área de interés es el desarrollo de envases con propiedades mejoradas (denominados pasivos) que permitan una mejor conservación del producto. De esta forma se está trabajando en el desarrollo de películas poliméricas que, al introducir los nanoproductos funcionalizados en su interior, las dote de características mejoradas que aseguren una mayor protección de las sustancias ante efectos externos de tipo mecánico, térmico, químico o microbiológico.

Los materiales de envase activo e inteligente también presentan un gran interés en la actualidad Estos materiales a diferencia de los pasivos, son aquéllos que interactúan directamente con el producto y/o su medio ambiente o alertan al fabricante o al consumidor cuando se produzca algún deterioro durante el proceso de almacenamiento, para incrementar una o más propiedades que impliquen calidad y seguridad. En los últimos años, muchos materiales nuevos y combinaciones de ellos se han desarrollado para volver activos envases tradicionalmente pasivos. El objetivo de este tipo de envase se basa en efectuar un cambio positivo en el producto almacenado, es decir, generalmente se persigue un incremento de la vida media durante su almacenamiento. Esto involucra aspectos muy diversos, tales como el sabor, seguridad, el perfil nutritivo, el contenido, estabilidad frente a la oxidación, la vida útil y el color, entre muchos otros. Los envases bioactivos, pueden ser erróneamente referidos como envases activos en los cuales los componentes que se han añadido con el fin de mejorar sus propiedades son de origen natural. Sin embargo, el principal objetivo de éstos, con independencia de la naturaleza del componente introducido, no es otro que el de convertir alimentos tradicionales en alimentos funcionales mediante su incorporación en el material de envase de modo que mejoren su impacto en la salud del consumidor. De esta forma, los envases bioactivos son también conocidos comúnmente como funcionales por la capacidad de éstos de incorporar los principios bioactivos deseados a través de los materiales incorporados en condiciones óptimas hasta su liberación eventual en los alimentos. Así por ejemplo, se ha patentado su liberación mediante su introducción directa en recubrimientos de películas poliméricas sobre envases (M. Miroslav, K. Eva, S. Vira, D. Jaroslav, V. Michal. International Patent WO2004056214). La liberación del componente que asocia la bioactividad del envase puede llevarse a cabo bien durante su almacenamiento, tanto de forma rápida como controlada, o bien justo al momento de ingerir el alimento, según las especificidades y/o requisitos del producto funcional. Es por ello, que la principal...

1. Procedimiento para la fabricación de materiales y envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

2. Procedimiento para la fabricación de materiales y envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa c se realiza mediante vía húmeda o casting.

3. Procedimiento para la fabricación de materiales y envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa c se realiza mediante vía seca o mezclado en fundido.

4. Procedimiento para la fabricación de materiales y envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos según la reivindicación 1, caracterizado porque se realiza mediante la adición del refuerzo disperso en solución a cualquier etapa del procesado en fundido que se aplica en la fabricación de objetos plásticos.

5. Procedimiento para la fabricación de materiales y envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos según la reivindicación 2, caracterizado porque las fibras de los polímeros se electroestiran in-situ, directamente sobre la disolución polimérica con o sin agitación, seguido de un paso de evaporación del disolvente y/o curado y añadiendo cualquier tipo de aditivo típicamente usado en la industria para facilitar el procesado, la compatibilidad o que genere propiedades óptimas en el envase final.

6. Procedimiento para la fabricación de materiales y envases pasivos con propiedades mejoradas activos, inteligentes y bioactivos según la reivindicación 3, caracterizado porque las fibras del polímero son añadidas al material polimérico sin disolver, previo o durante al tratamiento con temperatura, además de añadir cualquier aditivo que facilite el procesado o confiera propiedades óptimas típicamente utilizado en el procesado industrial de matrices plásticas o de composites.

7. Procedimiento para la fabricación de materiales y envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos según la reivindicación 3, caracterizado porque las fibras son electroestiradas directamente sobre artículos plásticos o textiles preconformados o conformado para posteriormente proceder a la formación de materiales de envase finales por engorde a base de aplicación de capas sucesivas de materiales electroestirados y capas de matriz preprocesadas y que curaran o adherirán entre si formando materiales multicapa.

8. Procedimiento para la fabricación de materiales y envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos según la reivindicación 7, caracterizado porque los materiales multicapa son granzeados y/o reprocesados y granzeados para luego ser procesados utilizando cualquier tecnología típicamente usada en el procesado de plásticos o de textiles.

9. Procedimiento para la fabricación de materiales y envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos según la reivindicación 1, caracterizado porque durante la etapa de electroestirado se lleva a cabo una reducción en la longitud de las fibras mediante cualquier tecnología de corte haciendo uso o no de sistemas de refrigeración complementarios.

10. Procedimiento para la fabricación de materiales y envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos según la reivindicación 1, caracterizado porque tras la etapa de electroestirado se lleva a cabo una reducción en la longitud de las fibras mediante cualquier tecnología de corte haciendo uso o no de sistemas de refrigeración complementarios.

11. Procedimiento para la fabricación de materiales y envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos según la reivindicación 1, caracterizado porque durante la etapa de electroestirado se lleva a cabo la introducción de un agente dispersante o compatibilizante de las nanofibras.

12. Procedimiento para la fabricación de materiales y envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos según la reivindicación 1, caracterizado porque tras la etapa de adición de las fibras electroestiradas a un material polimérico se lleva a cabo la introducción de un agente dispersante o compatibilizante de las nanofibras.

13. Procedimiento para la fabricación de materiales y envases activos, inteligentes y bioactivos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la etapa 1a), se añaden sustancias activas, bioactivas, inteligentes y/o híbridas funcionales y otros aditivos para mejorar el procesado, la compatibilidad u otros aditivos para optimizar las propiedades finales de las fibras.

14. Procedimiento para la fabricación de materiales y envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos según la reivindicación 1, caracterizado porque el electroestirado se lleva a cabo en las siguientes condiciones:

15. Envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos producidos mediante el procedimiento descrito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 14, caracterizados porque incorporan fibras electroestiradas sobre su superficie a modo de recubrimiento o como adhesivo para ser laminados a otras estructuras preformadas o formadas.

16. Envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos producidos según la reivindicación 15, caracterizados porque tienen incorporados nanorefuerzos de estructura ultrafina de al menos una capa a modo de recubrimiento o como adhesivo para ser laminados a otras estructuras preformadas o formadas.

17. Envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos producidos según la reivindicación 16, caracterizados porque los nanorefuerzos están basados en polímeros derivados del petróleo y/o biopolímeros y agentes plastificantes, reticulantes u otros aditivos usados para procesado y conformación de este tipo de envases.

18. Envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos producidos según la reivindicación 17, caracterizado porque los biopolímeros son del grupo formado y sin sentido limitativo, por biopoliesteres, polisacáridos, proteínas, polipéptidos, lípidos y biopolímeros sintéticos incluidos los derivados de organismos modificados genéticamente.

19. Envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos producidos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 15 a 18, caracterizados porque adicionalmente pueden incorporar dentro de las nanorefuerzos otros componentes no poliméricos y que preferiblemente. serán del grupo formado por materiales cerámicos, componentes activos, derivados metálicos, componentes alimentarios, bacteriocinas y enzimas.

20. Envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos producidos según la reivindicación 19, caracterizados porque dichos componentes no poliméricos están en una proporción desde 0,01 al 30%, preferentemente desde 0,5 al 20% y más preferentemente desde 1 al 10% en peso.

21. Envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos producidos según la reivindicación 19, caracterizados porque los materiales cerámicos son porosos del tipo zeolitas, filosilicatos con o sin modificar u estructuras laminares sintéticas.

22. Envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos producidos según la reivindicación 19, caracterizados porque los componentes activos son agentes antimicrobianos, absorbedores de oxígeno, antioxidantes, absorbedores de malos olores, controladores de humedad, emisores o captadores de etileno u otros componentes típicamente considerados como sistemas activos y que funcionan o bien por migración controlada o bien fijados en el material de envase.

23. Envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos producidos según la reivindicación 19, caracterizados porque los derivados metálicos tienen capacidad susceptora de microondas y/o capacidad antimicrobiana.

24. Envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos producidos según la reivindicación 19, caracterizados porque los componentes alimentarios son funcionales o bioactivos tales como probióticos, prebióticos, simbióticos, antioxidantes del organismo, aceites marinos, minerales, vitaminas y otros ingredientes típicamente considerados como positivos para la salud humana cuando se añaden a alimentos o a nutracéuticos.

25. Envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos producidos según la reivindicación 13, caracterizado porque las fibras tienen un diámetro dentro del rango desde 1 micra a 300 nanómetros, preferentemente inferiores a 100 nanómetros.

26. Envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos producidos según la reivindicación 13, caracterizados porque las fibras tienen una longitud mayor a 1 micra.

27. Envases pasivos con propiedades mejoradas, activos, inteligentes y bioactivos producidos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 15 a 26, caracterizados porque los nanorefuerzos son incorporados mediante técnicas de laminación o recubrimiento o por introducción dentro de bolsitas o tejidos para formar bolsitas (sachets) en el interior de los envases bien sueltos o fijados en la estructura del envase.

28. Uso de los materiales y envases según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 15 a 27, para su aplicación en el sector del envasado y embalaje industrial.

29. Uso de los materiales y envases según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 15 a 27, para su aplicación en recubrimientos para alimentos, y como materiales de envase alimentario incluyendo bebidas.

30. Uso de los materiales y envases según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 15 a 27, para su aplicación en envases de productos para uso de higiene personal.

31. Uso de los materiales y envases según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 15 a 27, para su utilización en aplicaciones farmacéuticas y biomédicas.

32. Uso de los materiales y envases según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 15 a 27, para su aplicación en productos textiles.