Procesamiento seguro de películas de monofilamento de polipropileno reciclables en sistemas de termoformado.
La presión sobre los fabricantes de envases para que utilicen las películas compuestas de forma responsable es cada vez mayor. Las películas de monofilamento de polipropileno constituyen una alternativa reciclable a los compuestos de PET. Sin embargo, aunque las ventajas de las películas de monofilamento de polipropileno para la economía circular son evidentes, estas suponen un reto para el envasado. Andreas Dietrich / Weber Food Technology GmbH presentó en el Inno-Meeting de Osnabrück cómo pueden procesarse de forma segura en sistemas de termoformado.
– Un discurso de Dieter Finna
Los materiales...
… compuestos de APET/PE o boPET/PE se utilizan a menudo para la producción de envases de consumo final que contienen embutidos o lonchas de queso. Estas películas ofrecen una excelente capacidad de manipulación por parte de las máquinas, así como propiedades elevadas de barrera. Sin embargo, en lo que respecta al ciclo de los materiales, no cumplen el requisito de una buena capacidad de clasificación y reciclado de materiales. De esta forma se destaca el uso de películas de monofilamento de polipropileno. Estas películas están compuestas por entre un 90 % y un 98 % de polipropileno y pueden procesarse en sistemas de termoformado. Sin embargo, a menudo existen diferencias significativas entre ellos.
Se podría mejorar el atractivo y el rendimiento de las líneas de envasado.
Las muestras de polipropileno producidas en sistemas de termoformado presentan desventajas sobre todo en su aspecto visual. Andreas Dietrich, ingeniero de aplicaciones de envasado de Weber Food Technology GmbH, afirma que los resultados obtenidos con los envases de polipropileno suelen ser “menos estéticos, ya que aparecen ondulados, son menos transparentes y también más blandos al tacto”. Estas diferencias reconocibles se deben en parte a las propiedades naturales del polipropileno.
Determinados tipos de película de monofilamento de polipropileno forman una bandeja estable. Sin embargo, la película superior no suele estar tan ajustada como en el caso de las películas a base de boPET. Este fenómeno, según la experiencia de Andreas Dietrich, se produce sobre todo con las películas superiores con cierre de seguridad.
Otra desventaja es el menor rendimiento de las líneas de envasado con películas de monofilamento de polipropileno, debido a que el material se calienta y enfría de forma más lenta. La frecuencia de ciclo del sistema se reduce para que la máquina funcione a una velocidad levemente inferior, ya que el moldeo de envases a partir de película de polipropileno es más complicado. Una reducción de 12 t/min a 11 t/min en las líneas industriales grandes de empaque de queso con un contenido de 400 g supone envasar 6.5 toneladas menos de queso en un tiempo de producción de 20 h/día, lo que representa una reducción de más del 8 %.
Materiales diferentes, enfoques distintos.
Andreas Dietrich tiene claro que el cambio de material también debe tenerse en cuenta en el diseño de la máquina de empaque y en sus parámetros, ya que el proceso de moldeo con película de monofilamento de polipropileno difiere de las películas convencionales debido al material. En el supuesto de una máquina con el calentamiento conocido como sándwich, es decir, con dos placas de calentamiento, una desde arriba y otra desde abajo, son necesarios tiempos de calentamiento y moldeo relativamente cortos, de 1 a 2 segundos, para laminados de APET/PE con un espesor de película de 250 µm. Las temperaturas se sitúan entre 98 °C y 113 °C. Teniendo en cuenta este margen de moldeo de 15 °C, las fluctuaciones de calentamiento en los compuestos de PET/PE son poco importantes. Las máquinas que hay en el mercado se adecuan a estos parámetros.
En cambio, las películas de polipropileno suelen ser un poco más gruesas, ya que se compensa la estructura ligeramente más blanda con una película ligeramente más gruesa de PP/PP de 300 µm. Esto influye a su vez en el tiempo de calentamiento y moldeo, que se incrementa hasta unos 2.5 segundos con la película ligeramente más gruesa.
Si se inician las pruebas con una película de monofilamento de polipropileno, a menudo solo se ajusta la temperatura de las líneas al nuevo material, pero no los tiempos de calentamiento y moldeo. El resultado son arrugas, ondulaciones y poca estabilidad de las bandejas.
¿Cómo se forman las arrugas en las bandejas?
Es necesario comprender las causas de las arrugas y las ondulaciones para solucionarlas. Pueden estar relacionadas con la influencia de distintos factores. De acuerdo con la experiencia de Andreas Dietrich, esto puede ser consecuencia de una configuración inadecuada, así como del hecho de que las máquinas de empaque llevan varios años en uso, posiblemente sin un mantenimiento óptimo, y siempre han procesado películas PET hasta ahora. El PET, como material abrasivo, desgasta el revestimiento de teflón de las placas de calentamiento, especialmente la inferior. Debido a esto, es lisa y ya no tiene propiedades antiadherentes. Si bien el PET puede seguir procesándose en las termoformadoras, en el caso de las películas de polipropileno queda aire atrapado entre la película y la placa de calentamiento desgastada, lo que provoca burbujas, también conocidas como “varices”, en el patrón de calentamiento. Así, quedan claramente visibles en el empaque.
Otro de los obstáculos es el problema de que la película de polipropileno se dilata considerablemente cuando se calienta. La película se calienta primero en una termoformadora y después se transporta un ciclo más en caliente para ser moldeada. El cierre de las herramientas de calentamiento y moldeo plantea un problema. Debido a la película blanda y caliente, que se estira ligeramente de forma natural, y al movimiento del aire que se produce al cerrar el molde, la película se estira formando una especie de burbuja que se aplasta al cerrar el molde. A menudo, esto también provoca arrugas. El objetivo con el polipropileno es evitar esta corriente de aire y, por tanto, la formación de burbujas mediante medidas técnicas adecuadas.
Las termografías muestran las causas en los parámetros del proceso.
Se puede observar el efecto de los distintos tiempos de calentamiento y moldeo en el aspecto visual del envase mediante imágenes tomadas por Weber inmediatamente después de salir de la estación de moldeado utilizando una cámara termográfica de doble óptica.
La primera imagen térmica muestra un resultado basado en parámetros para la deformación de los compuestos de película APET con solo una temperatura ajustada. En cambio, a continuación, se muestra un resultado optimizado en el que todos los pasos del proceso se han mejorado para la película de polipropileno. La comparación de los parámetros del proceso en la producción de este envase deja claro qué parámetros contribuyen a la optimización del envasado y que se pueden optimizar los envases fabricados con película de monofilamento de polipropileno.
La acumulación de presión es un parámetro clave en la formación del envase, especialmente importante cuando se procesan películas de monofilamento de polipropileno. Si es demasiado bajo y lento, la película no se moldeará correctamente. Las diferencias de temperatura en el envase son grandes, en este ejemplo de hasta 21 °C entre el centro y los bordes del envase. Esto provoca tensiones en el material y, en última instancia, la formación de ondulaciones.
La segunda imagen térmica muestra que si el proceso de moldeo se configura de forma óptima -los tiempos de calentamiento y moldeo son de 2.5 segundos, la temperatura de calentamiento es de 135 °C, el aumento de presión durante el moldeo es de 1 bar en 0.2 segundos, el enfriamiento se establece de forma eficiente- las diferencias de temperatura entre el centro y los laterales del envase pueden reducirse a unos 7 °C.
Importancia del diseño de envases.
Además de los parámetros de procesado, el diseño de envases también desempeña un papel importante. En el caso de utilizar películas de polipropileno, el diseño de envases no debe tener elementos demasiado pequeños. En el ejemplo de la izquierda, los bordes tienen un radio de 8 mm y un grosor de 2 mm. Cuanto más pequeños son los radios, más difícil es moldearlos y el envase puede tener más ondulaciones. Este tipo de diseño puede aplicarse muy bien con las bandas.
El radio de las esquinas también desempeña un papel importante. En el ejemplo de la derecha, tienen un radio de 9 mm, que es un valor aceptable. Si son demasiado pequeños, el paquete pierde estabilidad, se deforma con mayor facilidad y presenta ondulaciones.
Y aun así funciona.
“Uno de los factores para obtener un resultado satisfactorio con las películas de monofilamento de polipropileno es un calentamiento preciso con un calentador tipo sándwich que mantenga la temperatura lo más estable posible. Para ello es necesario un tiempo de calentamiento lo más largo posible, de unos 2.5 segundos”.
El segundo factor es la rapidez de moldeo. Esto se obtiene mediante el incremento veloz de la presión del molde, pero debe ser posible también con la propia película. La película debe poder moldearse en sólo 0.2 segundos. Debido al vacío generado por el moldeo, existe una presión negativa de -0.7 bares por debajo de la película. Asimismo, se produce una sobrepresión de +1.0 bares debido a la rápida acumulación de presión desde arriba. Se trata, en total, de una diferencia de presión de 1.7 bares absolutos. La duración del moldeo y, por consiguiente, del enfriamiento debe ser lo más larga posible. El objetivo general al calentar, moldear y enfriar es mantener la temperatura más baja y uniforme posible en el envase. De este modo, la diferencia de temperatura entre el centro y los bordes del envase puede reducirse a 7 °C, por ejemplo.
El tercer factor es una película de monofilamento de polipropileno adecuada. Andreas Dietrich reconoce por su experiencia que no todas las películas producen el resultado deseado. Si se tienen en cuenta los parámetros anteriores, se pueden producir envases moldeados que cumplan con exactitud los requisitos del mercado a partir de película de monofilamento de polipropileno a 12 ciclos por minuto.
