Procesamiento de láminas de mono PP reciclables en instalaciones termoformadoras.
Los fabricantes de envases cada vez reciben más presión acerca del uso responsable de las láminas compuestas. Las láminas de mono PP suponen una alternativa circular a los compuestos de PET. Sin embargo, aunque las ventajas de las láminas de mono PP para la economía circular son evidentes, estas también conllevan algunas dificultades para los envasadores. Andreas Dietrich / Weber Food Technology GmbH presentó en una reunión en Osnabrück cómo estas se pueden procesar de forma segura en instalaciones termoformadoras.
– Dieter Finna
Hoy en día...
… es habitual utilizar materiales compuestos de APET/PE o boPET/PE para la fabricación de envases destinados al consumidor con embutido o queso en lonchas. Estas láminas ofrecen una buena funcionalidad con las máquinas, así como propiedades de barrera elevadas. No obstante, en lo referente al ciclo de los materiales, no cumplen las exigencias de buena separación y reciclaje de materiales. Eso ha contribuido a que el uso de láminas de mono PP haya cobrado protagonismo. Estas láminas están compuestas por entre un 90 % y un 98 % de propileno y se pueden procesar en instalaciones termoformadoras. Sin embargo, presentan a menudo marcadas diferencias.
Atractivo y producción mejorables en las líneas de envasado
Las muestras de PP fabricadas en instalaciones termoformadoras presentan sobre todo inconvenientes en su apariencia. Andreas Dietrich, técnico de aplicaciones de envasado de Weber Food Technology GmbH, describe los resultados con envases de PP como a menudo «poco atractivos, ya que presentan ondulaciones y son poco transparentes y más blandos al tacto». Estas diferencias apreciables derivan en parte de las propiedades naturales del propileno.
Algunos tipos de láminas de mono PP dan como resultado una buena forma estable, una bandeja estable. Aun así, la lámina superior no suele quedar tan bien tensada como con las láminas basadas en boPET. Según la experiencia de Andreas Dietrich, este resultado se obtiene sobre todo en láminas superiores con cierre resellable.
Otro inconveniente es que la producción de las líneas de envasado con láminas de mono PP es más baja debido a un calentamiento y un enfriamiento más lentos del material. Como el formado de envases con láminas de PP es un poco más complicado, la frecuencia de los ciclos de la instalación queda limitada y la máquina funciona a una velocidad algo más baja. Una reducción de 12 ciclos/min a 11 ciclos/min tiene tales efectos en las líneas industriales de envases de queso con contenidos de 400 g que se acaban envasando 6,5 t de queso menos en un tiempo de producción de 20 h/día, una reducción del 8 %.
Otro material, otro enfoque.
Como el proceso de formado de láminas de mono PP, según el material, difiere del de las láminas habituales, para Andreas Dietrich, está claro que debe considerarse un cambio también en los materiales del modelo de envasadora y en los parámetros de las máquinas. Si tomamos como ejemplo una máquina con calentamiento tipo sándwich, es decir, dos placas calefactoras, una arriba y otra abajo, se necesitan tiempos relativamente cortos, de entre 1 y 2 segundos, para el calentamiento y el formado con compuestos de APET/PE con grosores de lámina de 250 µm. En ese caso, las temperaturas se encuentran entre los 98 °C y los 113 °C. En este intervalo de formado de 15 °C, las desviaciones de temperatura casi no tienen efectos en los compuestos de PET/PE. Las máquinas que se encuentran en el mercado están configuradas para estos parámetros.
Por otra parte, las láminas de propileno suelen ser más gruesas, ya que se intenta compensar la estructura más blanda con una lámina un poco más gruesa, de 300 µm PP/PP. Eso influye en el tiempo de calentamiento y formado, que aumenta a unos 2,5 segundos debido al grosor de la lámina.
Cuando se empiezan a realizar pruebas con láminas de mono PP, se suele adaptar la temperatura al nuevo material, pero no los tiempos de calentamiento y formado. Esto provoca que el aspecto presente arrugas, ondulaciones y mala firmeza de las bandejas.
¿Cómo se forman las arrugas en las bandejas?
Para encontrar soluciones, es necesario entender las causas de que se formen arrugas y ondulaciones. Dependen de varios factores. Según la experiencia de Andreas Dietrich, pueden deberse a configuraciones poco adecuadas, pero también a que las envasadoras ya lleven algunos años en funcionamiento, posiblemente sin el mantenimiento adecuado y habiendo trabajado hasta ahora siempre con láminas de PET. El PET es un material abrasivo que desgasta el recubrimiento de teflón de las placas calefactoras, especialmente de la placa inferior. Como resultado, esta está lisa y deja de tener propiedades antiadherentes. Mientras que es posible seguir procesando PET en estas termoformadoras, al utilizar láminas de propileno, queda aire atrapado entre la lámina y la placa calefactora gastada, lo que conduce a que se formen burbujas en la imagen térmica. Estas se pueden ver claramente en el envase.
Otra dificultad es que las láminas de PP se dilatan mucho cuando se calientan. En una termoformadora, primero se calienta la lámina y posteriormente se transporta caliente un ciclo para formarla. En este proceso, el cerrado de las herramientas de calentamiento y formado entraña una cierta problemática. La lámina blanda y caliente, que se dilata fácilmente por su naturaleza, junto con la formación de burbujas que se produce al cerrar, conducen a la dilatación de la lámina en una especie de burbuja que se aplasta al cerrar la herramienta. Esto también contribuye con frecuencia a la formación de arrugas. Al usar PP, hay que evitar esta corriente de aire y la consecuente formación de burbujas mediante medidas técnicas.
Las imágenes térmicas permiten descubrir las causas en los parámetros de proceso.
Las imágenes térmicas captadas por Weber con ayuda de una cámara de imágenes térmicas justo después de salir de la estación de formado muestran cómo influyen los diferentes tiempos de calentamiento y formado en el aspecto óptico de los envases.
La primera imagen térmica muestra un resultado en el límite de lo aceptable basado en los parámetros para el formado de láminas compuestas de APET, adaptando solo la temperatura. La siguiente muestra un resultado optimizado en el que todos los pasos del proceso se han optimizado para la lámina de PP. La comparación de los parámetros de proceso durante la preparación de estos envases muestra qué parámetros afectan a la optimización del envase, así como que es posible optimizar los envases de láminas de mono PP.
Un parámetro esencial durante el formado de los envases es la acumulación de presión, que tiene una gran influencia en el procesamiento de láminas de mono PP. Si es demasiado baja o demasiado lenta, la lámina no se formará correctamente. En este ejemplo, existen grandes diferencias de temperatura en el envase, de hasta 21 °C, entre el centro y las aletas del envase. Como resultado, se producen tensiones en el material y, finalmente, ondulaciones.
La segunda imagen térmica muestra que con una configuración óptima del proceso de formado —los tiempos de calentamiento y formado son de 2,5 segundos, la temperatura de calentamiento es de 135 °C, la acumulación de presión durante el formado es de 1 bar en 0,2 segundos y el enfriamiento se ha ajustado eficientemente— las diferencias de temperatura entre el centro y las aletas del envase se pueden reducir a unos 7 °C.
Influencia del diseño del envase.
Además de los parámetros de procesamiento, como es natural, el diseño del envase también juega un papel importante. Al usar láminas de PP, el diseño del envase no debería contener detalles pequeños. En el ejemplo de la izquierda, las aletas tienen un radio de 8 mm y una profundidad de 2 mm. Cuanto más pequeños son los radios, más difícil es formarlos y más ondulaciones pueden quedar en el envase. Un diseño de este tipo se puede usar muy bien para las aletas.
Los radios angulares también juegan un papel importante. En el ejemplo de la derecha, tienen un radio de 9 mm, un buen valor. Si estos son demasiado pequeños, el envase pierde estabilidad, se deforma más fácilmente y aparecen ondulaciones.
Y sí, es posible.
«Un factor para conseguir un buen resultado con láminas de mono PP es el calentamiento adecuado y bien dirigido utilizando un calentador tipo sándwich que mantenga la temperatura lo más estable posible. Para ello, se necesita un tiempo de calentamiento largo de unos 2,5 segundos».
El segundo factor es el formado rápido. Esto se consigue con una acumulación de presión de formado rápida, pero también es algo que debe ser posible con la lámina en cuestión. Esta debe poder formarse en solo 0,2 segundos. Para ello, hay una presión negativa de -0,7 bar debajo de la lámina, por la formación del vacío desde abajo, y también una presión positiva de +1,0 bar, por la rápida acumulación de presión desde arriba. En total, esto supone una diferencia de presión absoluta de 1,7 bar. El tiempo de formado y, con ello, el tiempo de enfriamiento deben ser largos. Normalmente, el objetivo al calentar, formar y enfriar debe ser una temperatura lo más baja y uniforme posible en el envase. Así se reducen las diferencias de temperatura entre el centro y las aletas del envase hasta, por ejemplo, 7 °C.
El tercer factor es utilizar una lámina de mono PP adecuada. «No todas las láminas proporcionan los resultados deseados», indica Andreas Dietrich, por su propia experiencia práctica. Si se tienen en cuenta todos los parámetros mencionados, se pueden fabricar envases de mono PP formados con precisión a 12 ciclos/minuto que satisfagan las exigencias del mercado.
