Tintas y tratamientos superficiales para productos más funcionales, sostenibles y conectados

La sostenibilidad, la funcionalidad y la conectividad son los factores que guían hoy en día la mejora de los productos, y ante esos retos, las tintas y los tratamientos superficiales tienen mucho que aportar. Ya sean para reducir capas en materiales multicapa y facilitar así su reciclabilidad, para facilitar el vaciado de los productos envasados o para transmitir información útil al consumidor, los avances en esta área aportan funcionalidades relevantes a distintas industrias -con especial foco en el sector del envase- y les ayudan a cumplir con los necesarios requisitos de sostenibilidad y con la diferenciación y personalización que los usuarios hoy exigen.

Estos cambios están ejerciendo más presión sobre los convertidores para que ajusten las capacidades de sus líneas de producción y se adapten a los requerimientos técnicos y sostenibles. Siguiendo estas tendencias, el centro tecnológico Itene está apostando por desarrollar nuevas tintas, metodologías de impresión y tratamientos superficiales que permitan mejorar el resultado de la impresión o aportar nuevas funcionalidades al envase mediante tecnologías sostenibles y fácilmente implementables por el impresor en un entorno cada vez más competitivo.

Estas nuevas tecnologías de tintas y tratamientos superficiales, una vez aplicadas mediante sistemas de impresión convencionales, permiten producir estructuras impresas sobre distintas tipologías de sustratos (piezas inyectadas, películas extruidas, papel y cartón), minimizando los riesgos e impactos ambientales de su uso y dotando a los envases de nuevas funcionalidades.

En línea con las tendencias mencionadas anteriormente, existen distintas líneas de desarrollo para dar respuesta a las necesidades identificadas en la industria del envase:

1. Tecnologías de tratamiento superficial para la obtención de nuevas funcionalidades aplicadas al envase como fácil vaciado, autolimpieza y fácil limpieza, mediante la modificación química superficial.

2. Tecnologías de tratamiento superficial con el fin de maximizar la interacción del sustrato con la tinta y dotar de nuevas funcionalidades a los procesos de impresión.

3. Impresión funcional con tintas indicadoras para dotar al envase -mediante impresión digital, serigrafía, huecograbado o flexográfica- de nuevas posibilidades técnicas como interconectividad, trazabilidad y mejora de la operatividad aplicada al e-commerce, sensorización, propiedades barrera, control del estado de un producto o control de la atmósfera del producto envasado.

4. Formulación y desarrollo de tintas funcionales conductivas para dar respuesta a las necesidades de la electrónica impresa y a las nuevas tendencias en envases/embalajes conectados.

5. Desarrollo de tintas biobasadas para reducir el impacto ambiental en su fabricación y aplicación, con el objetivo de favorecer la reciclabilidad de los envases y optimizar los procesos de destintado.

Dentro de los tratamientos superficiales, una manera muy efectiva para aportar nuevas funcionalidades a una superficie o a un envase son los tratamientos plasma o corona, que proporcionan una metodología para la limpieza, acondicionamiento y activación de una superficie para hacerla más susceptible a un tratamiento posterior, como podría ser una modificación química o la realización de una impresión, un recubrimiento o un laminado. Además, el tratamiento plasma, a través de las variaciones adecuadas, también permite aplicar recubrimientos funcionales mediante un proceso de plasma-polimerización.

El tratamiento de una superficie mediante plasma consiste en la ionización de un gas controlado a altos niveles de energía, convirtiendo dicho gas en un plasma -el así llamado “cuarto estado de la materia”-. De esta manera, se generan especies activas como electrones, iones y radicales libres. Al exponer la superficie de un material a este gas ionizado, las partículas del plasma chocan con la superficie, alterando física y químicamente la misma. En los casos de modificación química, el gas ionizado se posicionará sobre la superficie del material, alterando la composición de la misma. De esta manera se consiguen varios efectos sobre la superficie de un material, como puede ser la limpieza de la superficie tras la eliminación mediante plasma de las grasas y partículas presentes en la suciedad de una superficie y favoreciendo así que la superficie tratada y limpia reaccione mejor ante un tratamiento posterior.

Si los tiempos de exposición con el tratamiento plasma se prolongan en el tiempo, acentuando así la interacción entre la superficie y el plasma, se llega a conseguir una activación de la superficie, gracias al aumento de la energía libre de superficie de ésta, la cual mejorará su aceptación a los procesos de impresión o adhesión posteriores. Si se continúan aumentando los tiempos de exposición, puede activarse otro proceso, como la erosión o etching, ocasionando la perforación a escala nanométrica de la superficie del material base, lo cual mejora la fuerza de adhesión entre este material y otro material en los procesos de impresión, recubrimientos o laminados.

Por último, el tratamiento plasma también puede inducir la obtención de recubrimientos en los procesos de polimerización o plasma-polimerización. Este tratamiento da lugar a resultados muy interesantes mediante la generación de monómeros reactivos en estado gas, que pueden dar lugar a recubrimientos funcionales que podrían llevar a la mejora de la propiedad de fácil vaciado o de la capacidad barrera frente al vapor de agua u oxígeno.

En el ámbito de las tintas funcionales y su aplicación mediante métodos de impresión, existen ya soluciones que dan respuesta a ciertos estímulos externos como puede ser el factor tiempo y temperatura, mediante tintas indicadoras de la ruptura de la cadena de frío que, impresas sobre etiquetas aplicables al envase, ofrecen al consumidor información valiosa sobre la idoneidad del consumo de un producto determinado.

En esa misma línea, otro parámetro muy importante para el consumidor es la obtención de información sobre la atmósfera existente dentro de un producto envasado. Así, por ejemplo, cuando se trata de un producto fresco, generalmente envasado en condiciones anaeróbicas, la mayor o menor presencia del contenido en CO₂ podría darnos una pista sobre las condiciones de frescura del producto en sí. Una carne fresca recién envasada en condiciones anaeróbicas tendrá un contenido en CO₂ inicial que, con el transcurso del tiempo, variará debido a la actividad microbiana, pérdidas debidas a permeación o a perforaciones accidentales del envase. En ese sentido, etiquetas impresas como las desarrolladas por Itene en las que se produce un cambio de color en función de la concentración de CO₂ dentro del envase, podrían ser útiles para identificar una variación significativa de la frescura de una carne envasada.

Etiqueta indicadora de CO₂ desarrollada por Itene en el marco del proyecto europeo LEE-BED, financiado por el programa Horizonte 2020 de la Unión Europea. Foto: Itene.

Fuera del sector del envase, estas etiquetas indicadoras de la atmósfera de gases podrían tener aplicación directa en otros sectores relacionados con la higiene y bienestar dentro del hogar, en el transporte o en otros espacios cerrados, como elementos de control visual de la correcta ventilación y concentración de gases significativos.

Siguiendo en la misma línea de desarrollos impresos y funcionales aplicados a envases para la industria alimentaria, Itene ha trabajado en recubrimientos barrera para evitar la permeación de líquidos y gases, como por ejemplo para evitar o retrasar la migración de O₂, CO₂ o vapor de agua y alargar así la vida útil del producto envasado y también reducir el número de capas de los envases multicapa. Estos recubrimientos barrera también tienen aplicación directa en la preservación de la calidad de los medicamentos, tan sensibles a las condiciones de almacenamiento.

Otro recubrimiento funcional aplicado al sector del envase de productos frescos podría ser la aplicación de recubrimientos antimicrobianos, los cuales se han probado en Itene como efectivos para alargar la vida útil de la carne fresca. Estos recubrimientos retrasan la proliferación de bacterias que producen el envejecimiento de la carne. También relacionado con el sector del envasado, pero con aplicación directa en el sector premium de las grandes marcas, el desarrollo de tintas con elementos luminiscentes podría dar lugar a aplicaciones para el control de materiales en procesos de reciclado o también en el control antifraude de los productos de alto valor añadido.

Dentro de las tintas funcionales, se está trabajando en el desarrollo de tintas conductivas para electrónica impresa con aplicación, por ejemplo, en el envasado de productos, aplicaciones en textil inteligente, productos farmacéuticos u hogar. El principal interés de estas tintas radica en impresiones sobre sustrato flexible mediante técnicas flexográficas, serigráficas o impresiones en inkjet continuo, como por ejemplo en wearables aplicados al desarrollo de dispositivos, textiles inteligentes o sensores biomédicos.

No obstante, estas tintas conductivas también podrían aplicarse sobre sustratos rígidos como cartón o plásticos no flexibles para su aplicación en circuitería impresa, antenas, control de la trazabilidad y monitorización de productos, seguridad, etc., mediante otras técnicas de impresión como serigrafía o inkjet. En ese sentido, la impresión electrónica permite dotar a los productos de multifunciones inteligentes y soluciones TIC que permiten su conexión en red, favoreciendo su transformación de bienes a servicios.

En relación con las nuevas tendencias de compostabilidad y biodegradabilidad, se ha incrementado el interés por disponer de nuevas tintas biodegradables y biobasadas para disminuir la huella de carbono y facilitar y favorecer la reciclabilidad y compostabilidad de los envases. Para ello se cuenta con matrices biobasadas, a la vez que con disolventes de origen bio o en fase acuosa. Los avances obtenidos hasta la fecha por Itene en el marco del proyecto Biosurfink, financiado por la Conselleria de Innovación, Universidades, Ciencia y Sociedad Digital de la Generalitat Valenciana, anticipan resultados muy prometedores para la consecución de estos objetivos.