Processament de films multicapa per a aplicació d'embalatge flexible
La principal aplicació dels films complexos es destina a embalatge flexible d'aliments, productes farmacèutics i altres productes industrials. Aproximadament un 60% dels films que s'utilitzen en el sector alimentació correspon a films laminats de diferents materials. L'obtenció d'estructures multicapa ha permès augmentar les aplicacions dels materials plàstics per a l'envasament d'aliments. De vegades no hi ha un únic material que reuneixi tots els requisits necessaris per a la conservació del producte, de manera que la combinació de diferents materials que aporten diferents propietats i funcionalitats permet oferir una estructura òptima per a l'envasament.
Generalment una de les propietats crítiques que han de presentar els materials plàstics per envasat d'aliments és la seva capacitat de barrera per a preservar les qualitats nutricionals i organolèptiques del producte. Això implica evitar el pas de gasos (oxigen i vapor d'aigua) des de l'exterior cap a l'interior de l'envàs, així com evitar la pèrdua d'aquests (aromes, pèrdua CO2 en begudes carbòniques, pèrdua atmosfera modificada) des de l'espai interior de l'envàs cap a l'exterior.
Altres propietats no menys importants radiquen en la resistència a punxonament i desagarro del material i la seva capacitat de segellat per garantir l'hermeticitat del producte envasat. També ha de presentar una bona resistència tèrmica en aquelles aplicacions en què es requereixi sotmetre l'envàs a processos d'esterilització o bé quan es desitgi escalfar per microones. A més, ha d'oferir un aspecte visual que capti l'atenció del consumidor i servir de suport idoni per transmetre imatge de marca i informació sobre característiques del producte envasat.
Com s'ha comentat al principi d'aquest article, els films d'estructura multicapa poden obtenir-se per coextrusió de materials termoplàstics o bé per procés de laminació de diferents films amb aplicació d'adhesius, i sobretot per combinació d'ambdues tècniques.
Procés de coextrusió polímers termoplàstics
El disseny base d'un film multicapa (vegeu figura 2) consisteix en una estructura, generalment simètrica, formada per una capa externa de material que aporta propietats estructurals (PA, polièsters), una capa central de material que constitueix la capa de barrera (EVOH , PVDC), i una capa interna de material amb bona sellabilidad (PE, ionòmers).
Aquest procés consisteix en l'extrusió simultània de diferents materials polimèrics a través d'un capçal comú. La coextrusión cada vegada gaudeix de major implantació a nivell industrial i permet obtenir complexos de film de fins a 11 capes diferents amb espessors totals entre 70 i 300 micres. Amb aquesta tecnologia els processadors poden optimitzar les propietats funcionals del material d'envàs (barrera enfront de gasos, tenacitat i resistència a punción, alta transparència) i reduir costos en la mesura en què aquesta tecnologia permet, per exemple, extruir com a capa central materials reciclats i limitar l'espessor de les capes de materials de barrera o amb additius funcionals de major preu, etc.
La tecnologia de coextrusión pot aplicar-se tant a l'obtenció de film bufat com de làmina plana multicapa. L'elecció del procés més adequat depèn dels requeriments del producte a envasar, les funcionalitats que ha d'oferir el material multicapa resultant, els polímers a utilitzar i altres consideracions relatives a cost, producció, volum de comandes i capacitats de l'empresa a les exigències de cada procés.
A diferència del procés de bufat de film, el refredament en el procés de làmina plana és eficient i regulable, la qual cosa permet d'una banda operar aquestes línies a velocitats de producció molt més altes (amb cabals sobre una tona per hora en certs casos en comparació a diversos centenars de quilos\1h\2en processos bufat) i d'altra banda obtenir un producte final amb propietats òptiques i mecàniques superiors, aquestes últimes solament en l'adreça de la màquina.
El grau d'orientació i de deformació del film a la sortida del capçal és molt major en el procés de bufat, per la qual cosa les propietats mecàniques del film obtingut presenten una relació de bufat en l'adreça transversal a l'adreça de màquina, que proporciona molt bones propietats a punción i esquinçat.
Aquesta tecnologia és relativament complexa i l'equipament sofisticat i car, sobretot quan augmenta el nombre de capes a obtenir i es volen combinar polímers amb grans diferències estructurals i de temperatura de processament.
El camp d'aplicació de les estructures obtingudes mitjançant coextrusión és sobretot l'obtenció d'envasos termoformados a causa de la seva aparença, lluentor i transparència. No obstant això, no resulten una bona elecció per a la seva utilització en envàs flexible per a envasament en flow-pack.
Procés laminació films amb adhesius
Aquesta tecnologia presenta l'avantatge de poder combinar substrats de diferent naturalesa, com per exemple films termoplàstics amb paper o foil d'alumini. També resulta el procés més indicat quan cal, previ a la unió, imprimir els materials, amb l'avantatge que reporta que la impressió es realitzi pel costat intern del film, cap al adhesiu, actuant com a protector de la impressió.
Els films termoplàstics utilitzats generalment en el procés de laminació són films biorientat com BOPP, BOPA o BOPET. No són termoconformats, però són idonis per les seves característiques mecàniques per a ser impresos.
Els films de BOPP també poden imprimir però, a diferència dels BOPA i BOPET, les poliolefines presenten una tensió superficial inferior, al voltant de 29-31 dines / cm. Aquest valor és insuficient per garantir l'adherència sobre el substrat de les tintes o adhesius aplicats en laminació, pel que resulta indispensable activar la superfície del film, generalment amb aplicació tractament corona, per augmentar l'energia superficial fins a valors mínims de 38 dines / cm.
Els complexos laminats consten majoritàriament d'una estructura de dues capes de films flexibles: una capa base termosegellable de PE o PP (entre 50 i 100 micres) més una capa adhesivat film biorientat de BOPP, BOPA o BOPET (entre 15 i 25 micres) que pot comptar amb un recobriment d'alumini. Aquest tipus de recobriments s'obté per un procés continu de metal · lització per alt buit i permeten oferir unes excel lents propietats de barrera davant gasos ia la llum, utilitzant àmpliament en l'envasament de productes grassos sensibles a fenòmens d'enranciment, com per exemple els snacks.
En el procés de laminació s'empra una àmplia gamma d'adhesius, específics per a cada tipus de substrat, si bé els més comuns són els basats en resines de poliuretà. Actualment, la tècnica de laminació més estesa està basada en la tecnologia de solvent-less o adhesius sense solvent.
Els adhesius sense solvents es van desenvolupar com a resposta de la indústria per disminuir l'impacte ambiental de l'evaporació dels dissolvents (hi ha una legislació molt estricta que limita les emissions de compostos orgànics volàtils COVs) i per millorar el rendiment energètic dels adhesius en base aquosa, que requereixen majors temperatures d'assecat en els forns i no permeten oferir elevades velocitats de producció. A causa de l'elevada viscositat d'aquest tipus d'adhesius, l'aplicació cal fer-l'a 7-10 ° C per facilitar la seva maquinabilitat. D'altra banda, com la velocitat de desenvolupament de la força adhesiva és funció directa de la temperatura, el temps d'adhesiu obert és molt reduït, al voltant de 15 minuts.
D'altra banda, els adhesius sense solvent presenten una manca d'enganxositat o tack inicial per mantenir fermament units els suports que s'uneixen i existeix el risc de delaminacions causa de desplaçaments axials de les capes, per diferències de tensió entre elles. En els últims temps s'han desenvolupat noves generacions d'adhesius solvent-less on es requereixen temperatures més baixes de processament (40 - 60 ° C) i refreden més ràpidament, elevant la viscositat de l'adhesiu i augmentant la seva adherència inicial.
Un cop aplicat l'adhesiu sobre el substrat, es produeix la unió entre les dues capes de film que constituiran el complex. El gramatge recomanat d'aportació d'adhesiu està comprès entre 1 i 3 g / m 2. A causa de la bona adhesió i ràpida reticulació que ofereixen aquest tipus d'adhesius, el complex fabricat pot ser manipulat en les següents operacions de converting a les 24 hores d'haver estat laminat, encara que el complet reticulat i, per tant, màxima força d'adhesió es aconsegueix després d'una setmana.
La tecnologia de laminació està molt implantada en la indústria del converting per fabricació d'embalatge flexible, les modernes màquines laminadores ofereixen velocitats superiors als 350 m / min, permetent obtenir un producte a un cost relativament baix. La seva aplicació majoritària se centra en envasat flow-pack i tapes termosegellades per a envasos termoconformats.
Aimplas, Institut Tecnològic del Plàstic, disposa a les seves instal·lacions de línies a nivell de planta pilot per a l'extrusió i coextrusió de fins a 5 capes per film bufat i làmina plana. De la mateixa manera, també disposa d'una laminadora semi-industrial per a obtenció de films complexos mitjançant aplicació d'adhesius per tecnologia de solvent-less o base solvent. Aquest equipament posiciona Aimplas com a centre de referència en el processat de materials plàstics per a aplicacions d'embalatge flexible i permet oferir serveis d'assessorament tècnic per a les empreses del sector.
