Aproximadamente un 60% de los films que se utilizan en el sector alimentación corresponde a films laminados de diferentes materiales

Procesado de films multicapa para aplicación de embalaje flexible

Vicente Martínez Sanz, departamento de Extrusión de Aimplas (InstitutoTecnológico del Plástico)04/04/2011
Los films y láminas multicapa, también denominados complejos, incluyen aquellos materiales flexibles que se han obtenido por la combinación de dos o más películas de materiales simples. Dichas estructuras multicapa pueden obtenerse por distintos procesos; cuando la estructura se compone sólo por materiales termoplásticos se utiliza la técnica de coextrusión de los distintos materiales poliméricos. Otro proceso de obtención de films complejos multicapa consiste en tecnología de laminación por adhesivos para combinar sustratos de diferente naturaleza, como por ejemplo films termoplásticos con papel o foil de aluminio.

La principal aplicación de los films complejos se destina a embalaje flexible de alimentos, productos farmacéuticos y otros productos industriales. Aproximadamente un 60% de los films que se utilizan en el sector alimentación corresponde a films laminados de diferentes materiales. La obtención de estructuras multicapa ha permitido aumentar las aplicaciones de los materiales plásticos para el envasado de alimentos. En ocasiones no existe un único material que reúna todos los requisitos necesarios para la conservación del producto, de modo que la combinación de distintos materiales que aportan diferentes propiedades y funcionalidades permite ofrecer una estructura óptima para el envasado.

Generalmente una de las propiedades críticas que deben presentar los materiales plásticos para envasado de alimentos es su capacidad de barrera para preservar las cualidades nutricionales y organolépticas del producto. Ello implica evitar el paso de gases (oxígeno y vapor de agua) desde el exterior hacia el interior del envase, así como evitar la pérdida de éstos (aromas, pérdida CO2 en bebidas carbónicas, pérdida atmósfera modificada) desde el espacio interior del envase hacia el exterior.

Otras propiedades no menos importantes radican en la resistencia a punzonamiento y desagarro del material y su capacidad de sellado para garantizar la hermeticidad del producto envasado. También ha de presentar una buena resistencia térmica en aquellas aplicaciones en que se requiera someter el envase a procesos de esterilización o bien cuando se desee calentarlo por microondas. Además, debe ofrecer un aspecto visual que capte la atención del consumidor y servir de soporte idóneo para transmitir imagen de marca e información sobre características del producto envasado.

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Figura 1. Principales sustratos utilizados en embalaje flexible.

Como se ha comentado al principio del presente artículo, los films de estructura multicapa pueden obtenerse por coextrusión de materiales termoplásticos o bien por proceso de laminación de diferentes films con aplicación de adhesivos, y sobre todo por combinación de ambas técnicas.

Proceso de coextrusión polímeros termoplásticos

El diseño base de un film multicapa (ver figura 2) consiste en una estructura, generalmente simétrica, formada por una capa externa de material que aporta propiedades estructurales (PA, poliésteres); una capa central de material que constituye la capa de barrera (EVOH, PVdC); y una capa interna de material con buena sellabilidad (PE, ionómeros).

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Figura 2. Ejemplos de estructuras multicapa aplicadas a envase alimentario.

Este proceso consiste en la extrusión simultánea de distintos materiales poliméricos a través de un cabezal común. La coextrusión cada vez goza de mayor implantación a nivel industrial y permite obtener complejos de film de hasta 11 capas diferentes con espesores totales entre 70 y 300 micras. Con esta tecnología los procesadores pueden optimizar las propiedades funcionales del material de envase (barrera frente a gases, tenacidad y resistencia a punción, alta transparencia) y reducir costes en la medida en que dicha tecnología permite, por ejemplo, extruir como capa central materiales reciclados y limitar el espesor de las capas de materiales de barrera o con aditivos funcionales de mayor precio, etc.

La tecnología de coextrusión puede aplicarse tanto a la obtención de film soplado como de lámina plana multicapa. La elección del proceso más adecuado depende de los requerimientos del producto a envasar, las funcionalidades que debe ofrecer el material multicapa resultante, los polímeros a utilizar y otras consideraciones relativas a coste, producción, volumen de pedidos y capacidades de la empresa a las exigencias de cada proceso.

A diferencia del proceso de soplado de film, el enfriamiento en el proceso de lámina plana es eficiente y regulable, lo que permite por un lado operar estas líneas a velocidades de producción mucho más altas (con caudales sobre una tonelada por hora en ciertos casos en comparación a varios cientos de kilos\1h\2en procesos soplado) y por otro lado obtener un producto final con propiedades ópticas y mecánicas superiores, estas últimas solamente en la dirección de la máquina.

El grado de orientación y de deformación del film a la salida del cabezal es mucho mayor en el proceso de soplado, por lo que las propiedades mecánicas del film obtenido presentan una relación de soplado en la dirección transversal a la dirección de máquina, que proporciona muy buenas propiedades a punción y rasgado.

Esta tecnología es relativamente compleja y el equipamiento sofisticado y caro, sobre todo cuando aumenta el número de capas a obtener y se quieren combinar polímeros con grandes diferencias estructurales y de temperatura de procesado.

El campo de aplicación de las estructuras obtenidas mediante coextrusión es sobre todo la obtención de envases termoformados debido a su apariencia, brillo y transparencia. No obstante, no resultan una buena elección para su utilización en envase flexible para envasado en flow-pack.

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Figura 3. Línea coextrusión film soplado planta piloto Aimpla.
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Figura 4. Línea coextrusión lámina plana planta piloto Aimplas.

Proceso laminación films con adhesivos

Esta tecnología presenta la ventaja de poder combinar sustratos de diferente naturaleza, como por ejemplo films termoplásticos con papel o foil de aluminio. También resulta el proceso más indicado cuando se precisa, previo a la unión, imprimir los materiales, con la ventaja que reporta que la impresión se realice por el lado interno del film, hacia el adhesivo, actuando como protector de la impresión.

Los films termoplásticos utilizados generalmente en el proceso de laminación son films biorientados como BOPP, BOPA o BOPET. No son termoconformables, pero son idóneos por sus características mecánicas para ser impresos.

Los films de BOPP también pueden imprimirse pero, a diferencia de los BOPA y BOPET, las poliolefinas presentan una tensión superficial inferior, en torno a 29-31 dinas/cm. Dicho valor es insuficiente para garantizar el agarre sobre el sustrato de las tintas o adhesivos aplicados en laminación, por lo que resulta indispensable activar la superficie del film, generalmente con aplicación tratamiento corona, para aumentar la energía superficial hasta valores mínimos de 38 dinas/cm.

Los complejos laminados constan mayoritariamente de una estructura de dos capas de films flexibles: una capa base termosellable de PE o PP (entre 50 y 100 micras) mas una capa adhesivada film biorientado de BOPP, BOPA o BOPET (entre 15 y 25 micras) que puede contar con un recubrimiento de aluminio. Este tipo de recubrimientos se obtiene por un proceso continuo de metalización por alto vacío y permiten ofrecer unas excelentes propiedades de barrera frente a gases y a la luz, utilizándose ampliamente en el envasado de productos grasos sensibles a fenómenos de enranciamiento, como por ejemplo los snacks.

En el proceso de laminación se emplea una amplia gama de adhesivos, específicos para cada tipo de sustrato, si bien los más comunes son los basados en resinas de poliuretano. Actualmente, la técnica de laminación más extendida está basada en la tecnología de solvent-less o adhesivos sin solvente.

Los adhesivos sin solventes se desarrollaron como respuesta de la industria para disminuir el impacto ambiental de la evaporación de los disolventes (existe una legislación muy estricta que limita las emisiones de compuestos orgánicos volátiles COVs) y para mejorar el rendimiento energético de los adhesivos en base acuosa, que requieren mayores temperaturas de secado en los hornos y no permiten ofrecer elevadas velocidades de producción. Debido a la elevada viscosidad de este tipo de adhesivos, la aplicación es preciso realizarla a 70-100 °C para facilitar su maquinabilidad. Por otra parte, como la velocidad de desarrollo de la fuerza adhesiva es función directa de la temperatura, el tiempo de adhesivo abierto es muy reducido, en torno a 15 minutos.

Por otro lado, los adhesivos sin solvente presentan una falta de pegajosidad o tack inicial para mantener firmemente unidos los soportes que se unen y existe el riesgo de deslaminaciones debido a desplazamientos axiales de las capas, por diferencias de tensión entre ellas. En los últimos tiempos se han desarrollado nuevas generaciones de adhesivos solvent-less donde se requieren temperaturas más bajas de procesado (40 - 60 °C) y enfrían más rápidamente, elevando la viscosidad del adhesivo y aumentando su adherencia inicial.

Una vez aplicado el adhesivo sobre el sustrato, se produce la unión entre las dos capas de film que constituirán el complejo. El gramaje recomendado de aportación de adhesivo está comprendido entre 1 y 3 g/m2. Debido a la buena adhesión y rápida reticulación que ofrecen este tipo de adhesivos, el complejo fabricado puede ser manipulado en las siguientes operaciones de converting a las 24 horas de haber sido laminado, aunque el completo reticulado y, por tanto, máxima fuerza de adhesión se consigue después de una semana.

La tecnología de laminación está muy implantada en la industria del converting para fabricación de embalaje flexible; las modernas máquinas laminadoras ofrecen velocidades superiores a los 350 m/min, permitiendo obtener un producto a un coste relativamente bajo. Su aplicación mayoritaria se centra en envasado flow-pack y tapas termoselladas para envases termoconformados.

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Figura 5. Laminadora semi-industrial instalaciones Aimplas.

Aimplas, Instituto Tecnológico del Plástico, dispone en sus instalaciones de líneas a nivel de planta piloto para la extrusión y coextrusión de hasta 5 capas para film soplado y lámina plana. Del mismo modo, también dispone de una laminadora semi-industrial para obtención de films complejos mediante aplicación de adhesivos por tecnología de solvent-less o base solvente. Dicho equipamiento posiciona a Aimplas como centro de referencia en el procesado de materiales plásticos para aplicaciones de embalaje flexible y permite ofrecer servicios de asesoramiento técnico para las empresas del sector.

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