Además reducen costes e incrementan el rendimiento

Cabezales que coextruyen hasta 80 capas extremadamente finas y elevan la productividad de la película

Redacción PU01/08/2006
Al usar el diseño “Multiplicador de capas” de Dow, EDI construye sistemas de cabezal plano para estructuras complejas con espesor estándar pero con muchas microcapas, lo que aumenta sustancialmente las propiedades de barrera.
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Multiplicador de capas. El modelo de sistema suministrado por EDI incluye (desde la parte superior) el bloque de alimentación, el multiplicador de capas basado en un diseño patentado de Dow y el cabezal de manifolds múltiples.
Un sistema de cabezal plano potencialmente revolucionario produce películas y recubrimientos con un número de capas mucho mayor que las coextrusiones convencionales, lo que produce estructuras microcapa que mejoran la barrera frente a la humedad y a los gases, encapsulan los geles y las “partes sin fundir” y permiten a los fabricantes hacer un uso más rentable de materiales de coste elevado, según dio a conocer en la NPE 2006 la empresa Extrusion Dies Industries, LLC (EDI). La tecnología de microcapa se usará de manera extendida en envases de barrera, de acuerdo con EDI.

La tecnología se basa en un sistema “multiplicador de capas” patentado creado por The Dow Chemical Company, que otorgó a EDI licencia para usarla. En una configuración típica, tres o más extrusores alimentan corrientes de material fundido a un bloque de alimentación uniforme de EDI, lo que produce una capa múltiple uniforme tipo “sándwich”, que a su vez se alimenta a un dispositivo multiplicador de capas construido por EDI usando el diseño patentado de Dow. En este dispositivo las capas se multiplican en etapas: por ejemplo, tres capas se multiplican para dar doce, que se multiplican para dar cuarenta y ocho. La estructura de microcapa terminada se distribuye en un canal de coextrusión de EDI al ancho objetivo del producto.

“Aún no conocemos el límite práctico superior”, dijo el presidente y director ejecutivo de EDI, Timothy C. Callahan, “pero en mi opinión es posible producir película de 50 micras con 80 capas”.

La tecnología de microcapa de EDI integra el multiplicador de capas de Dow en un sistema completo diseñado a la medida que incluye cabezal, bloque de alimentación y otros componentes mecanizados para distribuir la estructura compleja en un extruido terminado. La compañía otorgará licencia de la tecnología de Dow a sus clientes. “Estamos estableciendo relaciones con licenciatarios autorizados que permitan a los transformadores de película y recubrimiento aprovechar los ahorros en producción y un mejor rendimiento de producto que hace posible el sistema multiplicador de EDI/Dow”, dijo Callahan.

Las ventajas de la microcapa son evidentes en el proceso de coextrusión y en el uso final

Las estructuras coextruidas proliferan más allá de los límites habituales de cinco, siete o nueve capas; éstos son algunos de los beneficios mencionados por EDI:

• Propiedades de barrera mejoradas. El simple aumento en el número de capas de barrera en el producto hace que las moléculas de gas y humedad tengan que atravesar una ruta más tortuosa para pasar.

• Ahorro en materiales costosos. Debido a que muchas propiedades clave de un polímero no disminuyen proporcionalmente con el espesor de la capa, la tecnología de microcapa hace posible ahorrar en las costosas resinas de alto rendimiento mientras se siguen logrando las propiedades objetivo. En la película PET orientada, por ejemplo, las capas de resinas de alta viscosidad intrínseca, que son más costosas, se pueden combinar con capas de grados de baja viscosidad intrínseca. Las propiedades de la película resultante son superiores a las de la película producida con una mezcla física de PET de viscosidad intrínseca alta y baja.

• Menos rupturas de material continuo. Cuanto mayor sea el número de capas, menor será la probabilidad de ruptura causada por orificios pequeños en la película, especialmente en productos orientados biaxialmente sujetos a estiramiento postextrusión. Esto se debe a que el gran número de interfaces entre capa y capa aumenta las posibilidades de que los geles y otros defectos queden encapsulados y no sean perjudiciales.

• Nuevas combinaciones de propiedades. El mismo polímero ejerce diferentes efectos en las propiedades del producto final dependiendo de si se distribuye en una o dos capas o en muchas capas sumamente finas. La tecnología de multiplicador de capas hace posible producir una película más flexible, por ejemplo, sin reducir la cantidad total de polímero rígido usado como una de las materias primas. Un beneficio es un mayor intervalo de procesamiento en los procesos de termoconformado posteriores.

“EDI prevé que en los próximos años gran parte del sector de envase de barrera adoptará la tecnología de multiplicador de capas”, dijo Callahan. “La coextrusión de microcapa también promete acelerar la incorporación de nanocompuestos en el envase de alimentos para mejorar las propiedades de barrera, térmicas y mecánicas.”

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Multiplicador de capas. En la disposición de ruta de flujo que se muestra, un “sándwich” de tres capas de dos materiales se transforma en una estructura de microcapa mediante el proceso de multiplicador de capas y luego entra en el manifold central de un cabezal de manifolds múltiples, donde se combina con dos nuevas corrientes de material que serán las capas externas de la estructura terminada.

La tecnología que se usa en los sistemas de microcapa de EDI ya está probada comercialmente

Callahan señaló que la historia de la patente de Dow para su tecnología de multiplicador de capas data de hace muchos años; 3M Corp. está usando con éxito la tecnología en una amplia gama de películas ópticas sofisticadas en pantalla electrónicas y otros productos. Excepto por esas películas reflexivas poliméricas, la licencia otorgada a EDI se aplica a la película fundida, la película orientada, la lámina y el recubrimiento de extrusión, orientada fundamentalmente al sector de envasado.
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Multiplicador de capas. La microfotografía muestra cómo la estructura multicapa de la película aumenta la probabilidad de que los geles y otros defectos se encapsulen dentro de las capas y así se reduzca la probabilidad de que se produzca una ruptura en el material continuo.
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Multiplicador de capas. El esquema muestra cómo se produce la multiplicación de capas en tres etapas. En este caso el “sándwich” de tres capas del bloque de alimentación se transforma en 12 capas y luego en 48. Otra secuencia de muestra podría ser 5-20-80.
La tecnología de Dow es el mejor sistema disponible para extruir productos de microcapa, según Callahan. “Debido a que la multiplicación de capas requiere que una estructura de capa recorra una mayor distancia que en la coextrusión convencional, hay una mayor tendencia a la encapsulación viscosa de una capa de material por otra”, dijo. “La tecnología de Dow supera este reto con mayor eficiencia que otros sistemas.”

El papel clave de EDI será poner la tecnología de Dow a la disposición comercial de los extrusores y los convertidores de material continuo, de acuerdo con Callahan. Las tareas realizadas por EDI para cada cliente en su papel de integrador de sistema incluirán: 1) diseñar bloques de alimentación para brindarle la estructura de capas adecuada al dispositivo mutiplicador, 2) diseñar el dispositivo multiplicador para proporcionar las caídas de presión y los canales de flujo de polímero equilibrado para combinar los materiales de diferentes viscosidades y velocidades de flujo y 3) mecanizar canales más eficientes para distribuir la estructura microcapa al ancho final. Para realizar este trabajo en sus oficinas centrales de Chippewa Falls, en Wisconsin, EE. UU., EDI construyó un laboratorio de desarrollo de proceso de 190 metros cuadrados equipado con una amplia gama de estructuras de película y lámina.

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