Tecnología de barrera de alto nivel contra la acción de la luz UV-Vis

Las aplicaciones de barrera de todo tipo han ido adquiriendo una importancia creciente en la industria del PET. Hasta la fecha se han impuesto tres soluciones distintas para conseguir un efecto barrera satisfactorio en envases de PET.

Una de estas tres aplicaciones de probada eficacia es la tecnología multicapa, también llamada coinyección. El proceso de fabricación comienza con la inyección del material de base, el PET. A continuación se introduce el material de barrera a través del alma aún caliente, con lo que se obtiene una capa barrera central. Este proceso de fabricación requiere fuertes inversiones y personal muy cualificado, además de controles de calidad costosos.

Otra de las soluciones para obtener un efecto barrera se basa en la fabricación de preformas monocapa con una adición de TIO2 en la materia prima PET. La fabricación de estas preformas se puede procesar en sistemas estándar sin mayor esfuerzo, con lo que el operario de la máquina no necesita grandes conocimientos adicionales. El handicap de esta aplicación se encuentra en un porcentaje alto de adición de TIO2 y en un peso limite de ~ 28 gramos para conseguir una barrera a la luz visible aceptable.

El tercer método se denomina método de recubrimiento. En este caso, los envases terminados (lo habitual hoy en el mercado) o bien las preformas (en raras ocasiones) se recubren con plasma por dentro o por fuera. Este método de fabricación, no obstante, conlleva unos procesos de producción costosos.

Sin embargo, existen otras soluciones para conseguir un efecto barrera en preformas de PET. Un ejemplo es la tecnología de sobremoldeo, que, por desgracia, ha estado arrinconada en los últimos años. El proceso comienza con la inyección de la capa interior. A continuación se van aplicando capas adicionales mediante varias pasadas en paralelo.

Dentro del sector, el proceso de sobremoldeo para la fabricación de preformas se tiene por difícil y costoso. A continuación explicaremos un poco los motivos de esta mala fama: para que esta tecnología sea eficaz, todas las capas deben tener un espesor de pared muy pequeño. El problema es que, debido a las diferencias de presión, existe el riesgo de que el núcleo se desvíe del eje central, con lo que la distribución de espesores no se garantiza. Además, después del primer ciclo el cuerpo de la preforma tiene que pasar a otra cavidad para inyectar la siguiente capa, cosa que hasta ahora se hacía mediante movimientos de rotación.

Netstal Maschinen ha logrado llevar a la práctica el proceso de sobremoldeo de forma rentable, fiable y reproducible.

Gracias a las novedades introducidas en el molde y en la máquina, ahora es posible producir preformas con un espesor de pared de menos de 1,2 milímetros después del primer ciclo. Como la materia prima se ha incluido en los desarrollos, se ha podido eliminar el riesgo de deslaminación. Además, el nuevo sistema prevé el desplazamiento lateral de las filas de núcleos durante el cambio de cavidad, lo que ha permitido suprimir los costosos movimientos giratorios.

Estos avances abren la puerta a un sinnúmero de aplicaciones de barrera y de otro tipo. En el futuro se podrían combinar materiales para llenado en caliente, aunque también es posible utilizar Oriented Polypropylen (OPP) con materiales barrera. Como característica adicional para crear efectos cromáticos diversos, se pueden utilizar materiales que se adhieran a la capa base. Asimismo, ahora la capa exterior podría ser de material reciclado, ya que no existe contacto con el contenido del envase.

El presente artículo explica el uso del sobremoldeo en la fabricación de preformas para productos lácteos con la necesaria barrera antilumínica. El producto en cuestión, llamado PRElactia (Preform for light absorption by carbontitanium addition), se presentó ya en la feria K 2007 de Düsseldorf.

A fin de reflejar la luz UV, los envases de PET deben ser blancos y además incluir cierta cantidad de dióxido de titanio (TIO2). Generalmente este compuesto se añade en una concentración próxima al 12%. La adición de una tinta gris o negra incrementaría la absorción de luz UV y permitiría utilizar menos cantidad de TIO2 (un aditivo bastante caro y muy abrasivo), con lo que las piezas que conducen el material fundido sufrirían un desgaste menor. Sin embargo, parece claro que las botellas de leche de color gris o negro no tendrían una buena acogida en el mercado de productos lácteos. El sistema de sobremoldeo aporta la solución perfecta a este problema y, por lo tanto, es una tecnología que debe considerarse seriamente.

¿Cómo se desarrolla el procedimiento de fabricación mediante sobremoldeo? A continuación explicamos a grandes rasgos todos los pasos del proceso de sobremoldeo. En este caso se utilizó una máquina de moldeo por inyección de la serie SynErgy, modelo 2C 2400-2150/900, con dos grupos de inyección. Novapet detectó rápidamente el potencial técnico y económico de este procedimiento e impulsó decisivamente el desarrollo en lo que se refiere a materias primas. De ello surgió un material que, por un lado, presenta unas características de fluidez que lo hacen muy adecuado para preformas con capas delgadas. Esta materia prima, denominada Dairy2 complex, se creó expresamente para la fabricación de preformas PRElactia y es un material listo para utilizarse, al que durante la polimerización se añade tan sólo un 5,5% de TIO2.

También se ha creado una tinta líquida de color antracita para la capa interior, mientras que la capa exterior continúa siendo blanca. Gracias a esta tinta, después del proceso de soplado-estirado se obtiene una superficie gris metalizada en el interior de la botella, la clave para una perfecta absorción de la luz.

El molde creado especialmente por la empresa Molmasa para el proceso de sobremoldeo tiene un diseño muy eficiente y no trabaja con los movimientos de rotación antes mencionados. El transporte de los núcleos se basa en el principio de desplazamiento, de manera que toda la placa se mueve con una carrera correspondiente a una fila de cavidades. De este modo, el núcleo llega primero a la cavidad de la primera capa y, a continuación, en el segundo ciclo, a la cavidad adyacente donde se aplica la segunda capa. Cuando la primera parte concluye, el molde se abre y las filas de núcleos se desplazan en paralelo a la fila adyacente con las cavidades de mayor tamaño.

El cuerpo de la preforma, que en el primer ciclo se inyecta sin cuello y con un espesor de pared de menos de 1,2 milímetros, presenta en este momento tres pequeños orificios en el fondo. Dichos orificios se deben al apoyo del núcleo, que durante la fase de llenado de la cavidad sirve para impedir que el núcleo se desvíe. Esta solución, cuya patente está en tramitación, garantizará un espesor de pared uniforme en la primera capa.

Después de que se hayan transferido las filas de núcleos para el segundo ciclo, los núcleos que acaban de quedar libres se introducen de nuevo en la cavidad para la primera capa. Los cuerpos de las preformas, que todavía son de color gris y ahora se encuentran en la segunda fase, se recubren con una capa blanca brillante de ~ 2 milímetros de espesor. Ahora es cuando se forman el cuello y la rosca y se rellenan los tres agujeros del fondo antes mencionados.

También se ha perfeccionado el sistema de válvulas, que recubre alternativamente con material fundido las dos filas más exteriores (solo se utilizan en los segundos ciclos). Finalmente se abre el molde y se expulsan las preformas terminadas. El resultado son preformas perfectas de dos capas sin variaciones en el espesor de pared.

Para hacer realidad ideas tan innovadoras también se precisan compradores interesados, así que la aplicación se presentó a la empresa PDG Plastiques, con sede en Francia. Esta empresa, que ya se encarga de fabricar envases de productos lácteos para su vecina LSDH, confió rápidamente en el éxito de este sistema. PDG posee numerosas máquinas de soplado, de manera que podía convertir rápidamente en botellas las preformas PRElactia producidas y luego someterlas a una verificación. Seis meses más tarde, tras evaluar bajo las condiciones más estrictas 1.000 botellas llenas de leche UHT, se comprobó su superioridad frente a las botellas monocapa (no se encontró ni una sola botella con la leche corrompida). La primera piedra de una fructífera colaboración estaba colocada, de manera que a finales de 2007 PDG puso en servicio la primera máquina de Netstal para la fabricación de preformas PRElactia.

Al sostener el producto final con las manos, y a pesar de la capa interior gris, enseguida llama la atención el color blanco brillante de la botella. En este caso, a diferencia de lo que ocurre con el método multicapa, no se aprecia la translucidez de la capa oscura. Si se corta la botella, se observa claramente la perfecta adaptación de los materiales entre sí. Sorprenden especialmente las mediciones de luz, que confirman una absorción y reflexión del 99,99% con una luz de hasta 700 nm.

El empleo del sobremoldeo para obtener una barrera antilumínica es una solución a todas luces ganadora. Además de proporcionar un producto técnicamente perfecto, se revela como netamente superior a otros procedimientos.

A este respecto, valga mencionar las ventajas siguientes:

- Barrera antilumínica óptima con una cantidad mínima de TIO2.

- Botella de color blanco brillante (igual que cuando se utilizan mezclas).

- Máxima estabilidad de proceso en la fabricación de preformas.

Por otro lado, este método convence igualmente en el aspecto económico:

- El peso de la botella de leche de 1 litro se ha logrado reducir a 22 gramos que representa un 30%, sin perjuicio de sus propiedades y con una proporción entre un 30 y un 50% menor de aditivos como el TIO2. En consecuencia, el desgaste del grupo plastificador se ha reducido de forma significativa.

- Ya no se necesita una película obturadora porque el cuello se conforma mediante moldeo por inyección.

- La preforma PRElactia cuesta casi un 25% menos.

Con esta innovación, además, Netstal y sus socios han logrado allanar el camino al PET para uso con productos lácteos. Actualmente no existe ninguna solución a la altura.