CZ9402448A3

CZ9402448A3 - Recyklovatelné obaly z voskovaného papíru

Info

Publication number: CZ9402448A3
Application number: CZ19942448A
Authority: CZ
Inventors: Jyh-Yee Lan
Original assignee: The Mead Corporation
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1994-01-10
Publication date: 2002-01-16
Also published as: CN1103237A; WO1994018272A1; AU669033B2; FI944628A0; EP0610101A1; FI944628A; PL305520A1; SK120494A3; TW223612B; NO943705L; CA2113790A1; BR9403983A; MX9400942A; RU94046122A; NO943705D0; NZ261703A; JPH06280190A; HU9402840D0; HUT70704A; KR950700965A

Description

Recyklovatelné obaly z voskovaného papíru

Oblast techniky

voskovaných obalů a zejména jež je možné recyklovat za podmínek v hydraulickém by se podstatně zvýšila pH.

Vynález se týká zlepšených obalů z voskovaného kartónu, standartních rozvlákňovacích rozvlákňovacím stroj i, aniž teplota rozvlákňování nebo hodnota

Dosavadní stav techniky

Voskované obaly a zejména obaly z voskovaného vlnitého kartónu se již řadu let používají k přepravě a skladování čerstvých zkáze podléhajích potravin, jako jsou např. drůbež, ryby a maso. V typickém případě v obalech je drcený led, který udržuje nízkou teplotu potravin během přepravy a skladování. Vosk propůjčuje obalům odolnost proti vodě a vlhkosti.

Příklady voskem povlečených nebo voskem impregnovaných obalů jsou uvedeny v U.S. Patentech 3,892,613, jenž byl udělen McDonaldovi a kol.; 4,017,016, jenž byl udělen Ivymu; 4,126,225, jenž byl udělen Hylandovi a kol., a 4,948,033, jenž byl udělen Halsellovi II a kol. Jak je uvedeno v patentu Halsella II a kol., kartón může být impregnován 0,029 kg voskové směsi na 1 m² (6 liber na 1000 čtverečních stop) a potom povlečen clonovým nanášením dalšími 0,032 kg voskové směsi na 1 m (6,5 liber na 1000 čtverečních stop).

V současné době voskované obaly se ž několika důvodů nerecyklují. Z hlediska velkého množství ročně spotřebovaných voskovaných obalů je velmi žádoucí obaly recyklovat a nikoliv je prostě dát do odpadu. Opětovné zpracování odpadního papíru je předmětem různých patentů a studií. Např. U.S.Patent 3,440,134, jenž byl udělen Murphymu Jr., U.S.Patent 4,347,009, jenž byl udělen DeCuesterovi a kol., U.S.Patent 4,548,674, jenž byl udělen Hagemanovi o kol., a U.S.Patent 4,737,238, jenž byl udělen deRuvovi, se týkaj í způsobů rozmělňování odpadního papíru, zejména použitých vlnitých obalů.

S recyklací voskovaných obalů je zákonitě spojeno několik problémů. Za prvé, smyslem vosku je propůjčit obalu odolnost

9515 proti vodě a vlhkosti a tato vlastnost je v přímém protikladu se základní vlastností, jež se vyžaduje u recyklovatelného obalu, a to se schopností opětovného rozvláknění. Tudíž, během recyklovacího procesu je nutné odstranit povrchovou vrstvu vosku. Za druhé, při odstraňování povrchové vrstvy vosku, zbytky vosku mohou zůstat na vláknech papíru nebo tato vlákna kontaminovat. Tyto zbytky oslabují pevnost recyklovaného papíru, jelikož zabraňují vytvoření vazeb mezi vlákny např. vodíkových vazeb anebo snižují jejich množství. Za třetí, pro odstranění povrchové vrstvy vosku je nutné kvůli vysokému bodu tání vosků, jež se běžně používají ve voskovaných obalech, pozměnit běžné průmyslové podmínky opětovného rozvlákňování použitím vyšších teplot rozvlákňování. Toto vede ke zvýšení nákladů na energii, což snižuje ziskovost recyklace.

V současnosti používané vlnité obalové kartóny přicházejí do rozvlákňovacích stanic ve velkých lisovaných balících. V důsledku potíží při rozvlákňování voskovaných obalů když kontrola balíků odhalí přítomnost nadměrného množství kartónů obsahujících vosk, celý balík je spíše dán do odpadu než rozvlákněn. I když to nemusí představovat vážnou ekonomickou ztrátu, je to jistě závažný ekologický problém.

Pro recyklaci voskovaných obalů bylo by žádoucí navrhnout povrchovou vrstvu vosku, jež může být čistě odstraněna z obalové lepenky za použití běžných nebo v průmyslu standartních teplot a hodnot pH. Hliníková mýdla byla navržena jako náhrada vosku v recyklovatelných voskovaných obalech pro tento účel a také bylo uvažováno o použití hliníkových mýdel v kombinaci s mastnými kyselinami. K odstranění těchto povrchových vrstev se však vyžaduje použití způsobů využívajích horké disperze a alkalické hodnoty pH a tak zde stále zůstává potřeba povrchové vrstvy slučitelné s průmyslovou praxí.

Podstata vynálezu

Aby se vyhovělo výše uvedeným požadavkům, tento vynález předkládá recyklovatelný obal a povrchovou vrstvu pro tento obal. Obal je povlečen vrstvou z voskové směsi obsahující (1) vosk o bodu tání od přibližně 54°C (130°F) do 71°C (160°F) a o viskozitě od přibližně 0,01 Pa s (10 cps) do 0,2 Pa s

9515 (200 cps) při teplotě ležící o 6°C (10°F) výše než je bod tání zmíněného vosku a (2) až okolo 30% (váh.) nasycených nebo nenasycených mastných kyselin maj ících přibližně 8 až 22 atomů uhlíku, přičemž vosk je tvořen směsí parafinických uhlovodíků majících přibližně od 20 do 45 atomů uhlíku s tím, že alespoň 60% (váh.) parafinických uhlovodíků má přibližně od 25 do 32 atomů uhlíku.

Vosková směs se výhodně sestává ze směsi parafinických uhlovodíků majících přibližně od 20 do 40 atomů uhlíku s nejméně kolem 60% (váh.) parafinických vosků majících přibližně od 26 do 30 atomů uhlíku. Mastná kyselina může být výhodně vybrána ze skupiny tvořené kyselinou stearovou, kyselinou palmitovou a kyselinou myristovou (tetradekanovou) a vosková směs může obsahovat přibližně od 10 do 30% mastné kyseliny.

Vynález také předkládá způsob recyklace obalu z vlnitého kartónu povlečeného vrstvou voskové směsi obsahující (1) vosk o bodu tání přibližně od 54°C (130°F) do 71°C (160°F) a o viskozitě přibližně od 0,01 Pa s (10 cps) do 0,2 Pa s (200 cps) při teplotě ležící o 6°C (10°F) výše než je bod tání zmíněného vosku a (2) až okolo 30% (váh.) nasycených nebo nenasycených mastných kyselin maj ících přibližně 8 až 22 atomů uhlíku, přičemž zmíněný vosk je tvořen směsí parafinických uhlovodíků majících přibližně od 20 do 45 atomů uhlíku s tím, že alespoň 60% (váh.) zmíněných parafinických uhlovodíků má přibližně od 25 do 32 atomů uhlíku. Způsob obsahuje opětovné rozvlákňování voskovaného obalu v hydraulickém rozvlákňovacím stroji při teplotách přibližně od 54°C (130°F) do 71°C (160°F) a při nižších hodnotách pH než je přibližně 8,0.

Příklady provedení vynálezu

Obaly podle tohoto vynálezu j sou v první řadě navrženy pro přepravu a skladování potravin podléhajích zkáze, jako jsou např. drůbež, maso a ryby. Předložený vynález se zejména týká voskovaných obalů připravených z kartónu. Osoby znalé oboru musí však uznat, že tento vynález může být také užitečný při přípravě jakéhokoliv výrobku z voskovaného papíru, kde se vyžaduje snadnost recyklace, včetně krabic na mléko. Obaly podle tohoto vynálezu jsou běžného typu s výjimkou voskové povrchové vrstvy.

9515

Vosk použitý v tomto vynálezu se vyznačuje tím, že má bod tání přibližně od 54°C (130°F) do 71°C (160°F) a výhodně 60°C (140°F), viskozitu přibližně od 0,01 Pa s (10 cps) do 0,2 Pa s (200 cps) a výhodně 0,02 Pa s (20 cps) při teplotě ležící o 6°C (10°F) výše než je bod tání zmíněného vosku a že výhodně neobsahuj e žádné popeloviny, tj. obsahuj e málo plniv nebo neobsahuje žádná plniva. Vosk se déle výhodně vyznačuje tím, že obsahuje směs parafinických uhlovodíků majících přibližně od 20 do 45 atomů uhlíku a přednostně přibližně od 20 do 40 atomů uhlíku s tím, že alespoň 60% (váh.) směsi obsahuje vosky mající přibližně od 25 do 32 atomů uhlíku a výhodněji od 26 do 30 atomů uhlíku. Vhodné vosky zahrnují vosk Ecco Vax 244 komerčně dostupný u firmy Eastern Color and Chemical Company, Providence, RI, USA a vosk Boler Vax 1977. Zvláště výhodným voskem je Ecco Vax 244. Vosk může být použit sám, ale přednostně se používá v kombinaci s mastnou kyselinou.

Věří se, že mastná kyselina působí jako prekurzor s voskem kompatibilního mýdla tím, že se vytvoří sůl mastné kyseliny po přidání zásady např. hydroxidu alkalického kovu nebo kovu alkalických zemin nebo soli kvůli úpravě hodnoty pH během rozvlákňování obalů z vlnitého kartónu v hydraulickém rozvlákňovacím stroji. Je vytvořena teorie, že část použitého vosku, když se aplikuje během rozvlákňování ve spojení s mastnou kyselinou, vytváří malé částice vosku, jež se rozptýlí mezi vlákna a působí jako vnitřní klížící činidlo v recyklovaném papíru. Podle další teorie, jiné běžné vosky, jež nespadají do skupiny s výše uvedenou charakteristikou, vytvářejí větší částice, jež mohou narušovat vazby mezi vlákny nebo vodíkové vazby a tím snižovat pevnost opětovně rozvlákňovaného výrobku.

Vhodnými mastnými kyselinami jsou ty nasycené nebo nenasycené mastné kyseliny mající přibližně od 8 do 22 atomů uhlíku. Příklady mastných kyselin, jež jsou vhodné k použití v tomto vynálezu, zahrnují kyselinu stearovou, kyselinu palmitovou, kyselinu myristovou (tetradekanovou), kyselinu laurovou, kyselinu kaprinovou, kyselinu kaprylovou, kyselinu arachidovou (ikosanovou), kyselinu behenovou (dokosanovou), kyselinu olejovou, kyselinu linolovou (9,12-oktadekadienovou) atd. Upřednostněné mastné kyseliny zahrnují kyselinu stearovou,

9515 kyselinu palmitovou a kyselinu myristovou.

Množství mastné kyseliny závisí na požadované míře odolnosti výrobku proti vodě a na jeho schopnosti rozvlákňování. Horní hranice množství mastné kyseliny obsažené ve voskové směsi závisí na požadované odolnosti proti vodě. Když se zvyšuje koncentrace mastné kyseliny, vodovzdornost povrchové vrstvy má tendenci se zhoršit. U většiny aplikací vosková směs může obsahovat až okolo 30% mastné kyseliny, výhodně okolo 10 až 25% a nejvýhodněji okolo 10 až 20%.

Kartón je vytvořen z dvou vrstev krycího kartónu s tím, že papíry na zvlněnou vrstvu jsou vložené mezi krycí kartóny. Při přípravě voskovaného obalu papíry na zvlněnou vrstvu se obvykle impregnuj i voskovou směsí ponořením papírů do lázně tvořené roztaveným voskem a krycí kartón se obvykle povléká povrchovou vrstvou voskové směsi na jedné nebo na obou stranách. Dříve se voskové povrchové vrstvy typicky nanášely na krycí kartón clonovým nanášením, nyni ale kvůli nízké viskozitě voskové směsi podle předloženého vynálezu může se dát přednost nanášení stříkáním. Stříkáním mohou vznikat povrchové vrstvy současně na obou stranách a stříkání také umožňuje použití menších množství nanášecí hmoty, čímž vzniká ekonomická výhoda oproti dosavadním způsobům nanášení. Jestliže se požaduje clonové nanášeni, mohou být použity přísady zvyšující viskozitu vosku. V typickém případě současná vosková směs se aplikuje v průměrném množství

O

0,024 kg/m (5 liber/1000 čtverečních stop). Přesněji, vnitřní papír na zvlněnou vrstvu se impregnuje voskovou směsí o váze povlaku okolo 0,015 až 0,024 kg/m² (3 až 5 liber/1000 čtverečních stop) a vnitřní strana krycího kartónu se většinou povléká voskovou směsí o váze povlaku okolo 0,024 až 0,029

O kg/m (5 až 6 liber/1000 čtverečních stop). Váha povlaku typicky závisí na bilanci cena oproti vodovzdornosti.

Vosková směs použitá pro povlaky obalů z vlnitého kartónu podle předloženého vynálezu je zvláště výhodná, neboř na rozdíl dosavadních vosků umožňuje recyklaci voskovaných obalů s použitím hydraulických rozvlákňovacích strojů při zavedených podmínkách rozvlákňování, které zahrnuj i teploty přibližně od 54°C (130°F) do 71°C (160°F) a téměř neutrální hodnoty pH (např. 6,5 až 7,5). Při opětovném rozvlákňování obalu může se pracovat při libovolném alkalickém pH, ale kvůli kompatibilitě

9515 s průmyslovými postupy se dává přednost hodnotě pH nižší než je přibližně 8,0, přičemž hodnota pH nižší než přibližně 7,0 je nejvýhodnější. Výborných výsledků bylo dosaženo při použití voskové směsi obsahující Ecco Vax 244 a kyselinu stearovou při pH 6,5. Odstranění vosku j e průkazné, když se varná voda mléčně zakalí.

Vynález bude podrobněji osvětlen pomocí následujících neomezujících příkladů.

Příklad 1

Dvě desky krycího kartónu byly povlečeny za použití předehřátého nanášecího táhla (#2 Meyer rod) směsí obsahuj ící 80% vosku Ecco Vax 244 a 20% kyseliny stearové (první deska) a směsí se 100% vosku Ecco Vax 244 (druhá deska). Po ztuhnutí směsi byly vyhodnoceny výsledky povlékání a tyto výsledky jsou uvedeny v tab.l. VVTR, pevnost v tlaku a pevnost zkušebního archu byly měřeny běžným způsobem.

Vaničkové vsakování bylo zjištěno následovně: z krycího

O kartónu byly přesně vyříznuty a zváženy vzorky o ploše 51,2 cm (8 čtver. palců). Vzorek byl potom označen rýhami vzdálenými 3,8 cm (1 % palce) od všech čtyřech hran vzorku a dále rýhami jdoucími úhlopříčně od rohů vzorku k prvním rýhám, složen do měchovité misky, umístěn do vody a naplněn 2,54 cm (1 palcem) vody. Po 72 hod. vzorky byly odendány a ze dna vaničky byl vyříznut za použitím šablony zkušební vzorek o rozměru 10,2 x 10,2 cm (4x4 palce), vzorek byl zvážen a byla u něj stanovena sorpce vody v %.

Prosakování (wicking) bylo stanoveno ponořením jednoho konce kombinovaného kartónu do vody na 24 hodin a měřením sacího působení kartónu. Vyšší prosakování než 0,32 cm (3/8 palce) za 24 hodin naznačuje, že mohou být očekávány problémy s výkonem krabice. Olej byl stanoven umístěním oleje na povrch povlečeného kartónu a vizuálním zjištěním schopnosti ochranné vrstvy zbrzdit jeho pronikání.

Čistota byla stanovena vložením jednotlivých zkušebních archů mezi dva listy sacího papíru a zahřátím na 121°C (250°F).

Na povrchu listů byly potom vizuelně hledány nánosy vosku.

Výsledky jsou uvedeny v tab.l a kde jsou také porovnány

9515

- 7 ,.s požadovanými neboli cílovými hodnotami.

Osoby znalé oboru uznaj i, že u výše popsaných provedení předloženého vynálezu mohou být provedeny změny, aniž by došlo k odchýlení se širokého pojetí tohoto vynálezu. Je proto jasné, že tento vynález není omezen na určitá popsaná provedení, ale má pokrývat všechny jejich modifikace, jež spadají do rozsahu a povahy tohoto vynálezu, jak je definován přiloženými patentovými nároky.

9515

Tabulka 1

Zkouška	VVTR	Vaničkové vsakování	Prosakování	Olej ová zkouška
Systém	g/m²	g/m²	24 hod.	72 hod.
	(g/100 čtv.palců) (g/4 čtv.pal.	)
	za 24 hod	za 72 hod
Požadovaná	< 1,55	271	Vyhov.	Několik
hodnota	( < 0,1 )	( 0,7 )		malých
				dírek
Ecco Vax	0,46	348	Vyhov.	Vsáknutí
	( 0,03 )	( 0,9 )		po 1 dni
Ecco Vax/	0,93	271	Vyhov.	Vsáknutí
Mastná kyselina ( 0,06 )	( 0,7 )		po 1 dni
	Tabulka	1 - pokračování
Zkouška	Pevnost Recyklace vlákna	Čistota	Pevnost
	v tlaku		zkušebního
				archu
Systém	MD CD Voda	15 min 30 min	BS-15 AS-15	(Nm/g)
Požadovaná	116 99 Bílá	>80 >90	Čisté Čisté	29,2
hodnota
Ecco Vax	-- 101 Bílá	80 93	Čisté Čisté	22,1
Ecco Vax/	-- 100 Bílá	87 96	Čisté Čisté	30,1
Mastná kyselina

ω :< g

Claims

1. Vosková směs pro povlékání obalů nebo j iných kartónových výrobků, vyznačující se tím, že zmíněná vosková směs obsahuje (1) vosk o bodu tání přibližně od 54°C (130°F) do 71°C (160°F) a o viskozitě přibližně od 0,01 Pa s (10 cps) do 0,

2 Pa s (200 cps) při teplotě ležící o 6°C (10°F) výše než je bod tání zmíněného vosku a (2) až okolo 30% (váh.) nasycené nebo nenasycené mastné kyseliny mající okolo 8 až 22 atomů uhlíku, přičemž zmíněný vosk je tvořen směsí parafinických uhlovodíků majících okolo 20 až 45 atomů uhlíku s tím, že alespoň 60% (váh.) zmíněných parafinických

uhlovodíků má okolo 25 až 32 atomů uhlíku. 2. Vosková směs podle nároku 1, v yznačující se tím, že dále obsahuje směs parafinických uhlovodíků

majících okolo 20 až 40 atomů uhlíku s tím, že nejméně kolem 60% (váh.) zmíněných parafinických vosků má okolo 26 až 30 atomů uhlíku.

3. Vosková směs podle nároku 1, vyznačující se tím , že zmíněná mastná kyselina je zvolena ze skupiny tvořené kyselinou stearovou, kyselinou palmitovou a kyselinou myristovou (tetradekanovou).

4. Vosková směs podle nároku 3, v y z n ačující se tím , , že zmíněná vosková směs obsahuje kolem 10 až 30% zmíněné mastné kyseliny. 5. Vosková směs podle nároku 4, v y z n ačující se tím , , že zmíněný vosk má bod tání okolo 60°C (140°F) a viskozitu okolo 0,02 Pa s (20 cps) při teplotě ležící

o 6°C (10’F) výše než je bod tání tohoto vosku.

6. Obal z recyklovatelného kartónu, vyznačující se tím , že zmíněný obal je povlečen voskovou směsí podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5.

9515

Ί. Obal podle nároku 6, vyznačující se tím, že zmíněný obal j e schopen opětovného rozvláknění v hydraulickém rozvlákňovacím stroji při teplotách od okolo

54°C (130°F) do 71°C (160°F) a při hodnotách pH nižších než

8,0.

8. Obal podle nároku 7, vyznačující se tím, že zmíněná hodnota pH je menší než okolo 7,0.

9. Recyklovatelný obal podle nároku 6, vyznačující se tím, že zmíněný obal je obal ze zvlněného kartónu.

10. Obal podle nároku 9, vyznačující se tím, že krycí list zmíněného kartónu je povlečen zmíněnou voskovou směsí tak, aby povlak vážil okolo 0,015 až

0,030 kg/m^ (3 až 6 liber/1000 čtverečních stop).

11. Obal podle nároku 9, vyznačující se tím, že papíry na zvlněnou vrstvu zmíněného kartónu j sou impregnovány zmíněnou voskovou směsí v množství okolo 0,010 až 0,024 kg/m^ (2 až 5 liber/1000 čtverečních stop).

12. Způsob recyklace obalu z vlnitého kartónu vyznačující se tím, zmíněný vlnitý kartón je povlečen vrstvou voskové směsi obsahující (1) vosk o bodu tání přibližně od 54°C (130°F) do 71°C (160°F) a o viskozitě přibližně od 0,01 Pa s (10 cps) do 0,2 Pa s (200 cps) při teplotě ležící o 6°C (10°F) výše než je bod tání zmíněného vosku a (2) až okolo 30% (váh.) nasycené nebo nenasycené mastné kyseliny majících kolem 8 až 22 atomů uhlíku, přičemž zmíněný vosk je tvořen směsí parafinických uhlovodíků majících okolo 20 až 45 atomů uhlíku s tím, že alespoň 60% (váh.) zmíněných parafinických uhlovodíků má okolo 25 až 32 atomů uhlíku, způsob obsahuje opětovné rozvlákňování voskovaného obalu v hydraulickém rozvlákňovacím stroji při teplotách přibližně od 54°C (130°F) do 71°C (160°F) a při nižších hodnotách pH než je přibližně 8,0.

9515

13. Způsob podle nároku 12,vyznačuj ící se tím, že zmíněný voskovaný obal je rozvlákňován v přítomnosti hydroxidu alkalického kovu nebo nebo kovu alkalických zemin nebo soli, jež přemění zmíněnou mastnou kyselinu na mýdlo a zmíněné mýdlo j e schopné emulgovat zmíněný vosk.