USO DE NANOCOMPUESTOS DE POLIMEROS SENSIBLES A LA HUMEDAD PARA LA FABRICACION DE OBJETOS Y ENVASES CON MAYOR RESISTENCIA A LA HUMEDAD.

Uso de nanocompuestos de polímeros sensibles a la humedad para la fabricación de objetos y envases con mayor resistencia a la humedad.

La presente invención se refiere al uso de materiales nanocompuestos basados en polímeros sensibles a la humedad y nanoarcillas laminares para la fabricación de artículos plásticos y envases cuyas propiedades de sorción de agua y de barrera a gases y vapores presentan un comportamiento sorprendente, que hacen que la sorción de agua se reduzca con la humedad relativa y que el efecto barrera se incremente con la humedad relativa, lo que los hace aptos en aplicaciones de envasado y en general en aplicaciones que requieran de mayor resistencia a la humedad.

Uso de nanocompuestos de polímeros sensibles a la humedad para la fabricación de objetos y envases con mayor resistencia a la humedad.

La presente invención se refiere al uso de materiales nanocompuestos basados en polímeros sensibles a la humedad y nanoarcillas laminares para la fabricación de envases y materiales cuyas propiedades de sorción de agua y de barrera a gases y vapores presentan un comportamiento sorprendente, que hacen que la sorción de agua se reduzca con la humedad relativa y que el efecto barrera se incremente con la humedad relativa y que los hace únicos y de gran interés en aplicaciones de envasado y en general en aplicaciones que requieran de mayor resistencia a la humedad.

Antecedentes de la invención

En los últimos años, se ha invertido un gran esfuerzo en la investigación de los nanomateriales y en particular de los nanocompuestos. Los nanocompuestos son polímeros reforzados con un relleno de tamaño nanoscópico (es decir, de unas dimensiones que son en al menos una dirección del orden de un nanómetro hasta decenas de nanómetros) . La dispersión mediante exfoliación e/y intercalación de este tipo de partículas inorgánicas en una matriz polimérica permite conseguir una serie de propiedades nuevas no compartidas por materiales convencionales tales como microcompuestos.

Los nanocompuestos se forman mediante la separación de las láminas por diferentes procesos que dan lugar a estructuras intercaladas o exfoliadas. Los términos exfoliación e intercalación de nanocompuestos aparecen descritos en las patentes US6384121B1, WO0069957, US5844032, US6228903B1, US2005/0027040A1, WO9304118A1. En estas estructuras se consigue que las cadenas poliméricas se inserten entre las capas de nanocargas o que lleguen incluso a dispersar completamente las láminas de arcilla inicial entre las cadenas de polímero, incrementando las características mecánicas y de barrera.

En los últimos años han aparecido desarrollos en la literatura de nanocompuestos de materiales híbridos orgánicoinorgánico enfocados a la síntesis de estos o a una aplicación específica de los mismos (referencias anteriores) . Este alto interés deriva de las propiedades únicas de estos compuestos que a menudo están relacionadas con el papel fundamental que juegan las fuerzas interfaciales y la química de superficie conforme disminuye el tamaño de la fase dispersada hasta llegar a escalas nanométricas. Las propiedades mecánicas, adhesivas, cohesivas, eléctricas, ópticas, fotoquímicas, catalíticas y magnéticas de estos materiales híbridos son frecuentemente un resultado de la combinación sinérgica de las propiedades que por separado presentan los constituyentes. Mediante interpenetración, inclusión o dispersión de un componente inorgánico en un polímero orgánico se puede conseguir que éste presente una mayor tenacidad, elasticidad, baja energía superficial, mayor dureza, resistencia química, resistencia a la radiación y al calor así como la inclusión de grupos funcionales o catalíticos. En este tipo de materiales las interacciones hidrofílicahidrofóbica, covalentes o de coordinación que se puedan establecer permiten la estabilización de fases incompatibles con una elevada área interfacial. En este punto es importante diferenciar entre sistemas huésped-receptor, como por ejemplo las estructuras intercaladas donde cada componente altera la estructura del otro, o por otro lado podemos hablar de auténticos nanocompuestos donde el tamaño de la fase dispersada o nanofiller o nanocargas es tal que cada componente retiene su estructura específica y propiedades aunque con importantes propiedades derivadas del pequeño tamaño y gran interfase.

La definición de un material híbrido es por todo ello bastante amplia y va desde redes poliméricas mono-fase donde la composición híbrida hace referencia a la presencia de sustituyentes o grupos funcionales de distinta naturaleza respecto al componente principal, hasta superestructuras huésped-receptor o autoensambladas.

A pesar de que hay invenciones previas que hacen uso de modificaciones específicas sobre arcillas para generar nanocompuestos como en la patente US6384121B1, incluso mediante rutas por mezclado en fundido, estas proponen modificadores basados principalmente en sales de amonio cuaternarios de las que penden diversos hidrocarburos que en muchos casos no son substancias permitidas para contacto alimentario y que por otro lado no conducen a una buena compatibilidad con muchas familias de polímeros o reaccionan durante el procesado. En los ejemplos en los que los nanocompuestos se han propuesto para incrementar las propiedades barrera las mejoras propuestas no se describen (referencia EP 0 780 340 B1) . También en general se encuentra que la mayor parte de nanocompuestos se desarrollan para incrementar la rigidez de las matrices, sin embargo en muchos materiales biodegradables es más importante plastificar el material dado que son en general materiales excesivamente rígidos que necesitan de plastificantes en muchas aplicaciones. En general es también de gran interés el poder disponer de nanomateriales que pueden ser de utilidad en aplicaciones biomédicas y farmacéuticas por ser biocompatibles y biodegradables, mejoren las propiedades de la matriz y poder diseñarlos para controlar la liberación de substancias activas en aplicaciones por ejemplo de envasado activo y bioactivas que liberen substancias funcionales en alimentos y en aplicaciones biomédicas y farmacéuticas. Por esta razón, existe una necesidad de encontrar procesos de fabricación de nanocompuestos mejorados que abaraten costes, tiempos de producción de los mismos, que mejoren las propiedades sin perjudicar la calidad del producto final y que permitan optimizar su uso para diversas matrices y aplicaciones.

En una solicitud de patente anterior, WO 2007/074184, se describe una invención que proporciona una nueva ruta de fabricación de nanocompuestos que da lugar a un producto final con las propiedades barrera a gases y vapores mejoradas, con carácter biodegradable y bien con propiedades antimicrobianas o con capacidad de liberación controlada de sustancias activas o bioactivas tales como agentes antimicrobianos, antioxidantes, etileno, etanol, fármacos, compuestos de calcio biodisponibles y mezclas de estos. Asimismo, permite una rigidización o plastificación de la matriz dependiendo de la formulación y además hace uso de sustancias permitidas para el contacto alimentario y/o de sustancias aprobadas para uso biomédico y farmacéutico, mejorando de esta manera la calidad del producto final y ofreciendo nuevas propiedades y mejoras sobre el estado previo de conocimiento y solucionando los problemas descritos en el estado de la técnica.

Descripción de la invención

En la presente invención se describe la formulación de nanocompuestos de polímeros sensibles a la humedad tales como el polialcohol de vinilo (PVOH) , los copolímeros de etileno y alcohol vinílico (EVOH) , las poliamidas y biopolímeros conteniendo filosilicatos laminares tales como la nanoarcilla caolinita, cuya particularidad es que la barrera mejorada que presentan se incrementa a medida que lo hace la humedad relativa y por tanto tienen gran interés en aplicaciones de resistencia a la humedad y particularmente en envasados a alta humedad tales como durante la esterilización con calor húmedo de productos envasados. Adicionalmente, los polímeros sensibles a la humedad reforzados con las nanoarcillas obtenidas según este procedimiento presentan una menor plastificación, o sea una menor reducción en sus propiedades por efecto de sorción de agua.

Por "sorción" en la presente invención se entiende cualquier proceso de adsorción o absorción.

La presente invención proporciona el uso de un material nanocompuesto formado por polímeros sensibles a la humedad que comprenden filosilicatos laminares para la fabricación de envases que poseen propiedades de barrera a gases crecientes con la humedad y menor sorción de agua y por tanto son más resistentes frente a la humedad.

Por "material nanocompuesto" se entiende en la presente invención por materiales formados por dos o más componentes distinguibles entre sí, donde al menos uno de los componentes tiene una dimensión del orden de nanómetros, estos materiales nanocompuestos poseen propiedades que se obtienen de las combinaciones de sus componentes, siendo superiores a la de los materiales que los forman por separado.

En un primer aspecto, la presente invención se refiere al uso de un material nanocompuesto formado por polímeros que comprenden filosilicatos laminares con un tamaño de partícula de entre 0, 1 y 100 μm, para la fabricación de artículos plásticos con mayor resistencia a la humedad.

1. Uso de un material nanocompuesto formado por polímeros que comprenden filosilicatos laminares con un tamaño de partícula de entre 0, 1 y 100 μm, para la fabricación de artículos plásticos con resistencia a la humedad.

2. Uso según la reivindicación 1 donde el filosilicato laminar se selecciona de la lista que comprende caolinita, montmorillonita, pirofilita, bentonita, esmectita, hectorita, sepiolita, saponita, laponita, halloisita, vermiculita, mica, clorita, illita y mezclas.

3. Uso según la reivindicación 2 donde el filosilicato laminar es caolinita.

4. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el polímero se selecciona de la lista que comprende polialcohol de vinilo, los copolímeros de etileno y alcohol vinílico y derivados, poliamidas, proteínas, polisacaridos, lípidos, biopolímeros y mezclas de los mismos.

5. Uso según la reivindicación 4 donde el polímero se selecciona entre polialcohol de vinilo y los copolímeros de etileno y alcohol vinílico.

6. Uso según cualquiera de las reivindicaciones1a5, donde el artículo plástico es un objeto monocapa o multicapa.

7. Uso según la reivindicación 6, donde el objeto monocapa o multicapa es un envase.

8. Uso según la reivindicación 7, donde el envase está esterilizado por calor húmedo.

9. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, donde el envase es para la conservación de productos alimentarios.

10. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, donde el envase es para el embalaje de fármacos o de material quirúrgico o de uso biomédico.

11. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, donde el envase es para la conservación de muestras de laboratorio.

12. Uso según cualquiera de las reivindicaciones7u8, donde el envase es para la conservación de productos de higiene personal o doméstico.

13. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, donde el producto envasado está esterilizado por calor húmedo.

14. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, donde el artículo plástico comprende tres capas, y la capa intermedia está formada por el material nanocompuesto.

15. Uso según la reivindicación 14, donde entre las capas se utiliza una capa adhesiva.

16. Uso según la reivindicación 14, donde las dos capas externas están formadas por polímeros barrera al agua y termosellables.

17. Uso según la reivindicación 16, donde el polímero se selecciona de entre poliolefinas, poliésteres o cualquiera de sus combinaciones.

18. Uso según la reivindicación 17, donde la poliolefina se selecciona de entre las familias de polipropilenos.

19. Uso según la reivindicación 17, donde el poliéster se selecciona de entre politereftalato de etileno, ácido poliláctico o polihidroxialcanoatos.