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A trajetória de inovação em embalagens multicamadas para a indústria de alimentos

11/01/2018

Por Angels Domenech (*)

A demanda global por embalagens plásticas de alto desempenho continua a crescer e estar na vanguarda de avanços importantes que possibilitem o desenvolvimento de embalagens inovadoras e com novas funcionalidades, além de sustentáveis, é essencial. As soluções devem atender às principais exigências e tendências dos consumidores, entre as quais, embalagens capazes de manter os alimentos frescos por mais tempo, que sejam mais leves e resistentes e que ofereçam sistemas de abertura e fechamento rápido, características que garantem mais praticidade para o consumidor.

Um dos grandes desafios globais é melhorar a conservação dos alimentos para, com isso, atender ao crescimento estimado de 70% na demanda global por alimentos entre 2000 e 2050. Esse cenário tem levado a um aumento nas instalações de equipamentos de coextrusão de filmes de barreira e no uso de materiais com propriedades de barreira ao oxigênio a fim de ampliar o tempo de vida útil dos alimentos, minimizando os processos oxidativos. Entre os materiais de barreira tradicionais estão os copolímeros de etileno e álcool vinílico (EVOH), que oferecem barreira ao oxigênio; as poliamidas (PA), que se caracterizam por sua resistência à perfuração; e os politereftalatos de etileno (PET), que apresentam alta rigidez, além de características óticas que possibilitam embalagens diferenciadas por suas propriedades de brilho e transparência.

As embalagens também devem ser tratadas com base em um enfoque holístico que vai além da camada estrutural, ou seja, que considere os requisitos funcionais de todas as camadas que acompanham os materiais de barreira. Dessa forma, é fundamental oferecer soluções capazes de melhorar a qualidade dos produtos reciclados, independentemente de incluírem ou não materiais com propriedades de barreira e, com isso, contribuir para ampliar o valor funcional e sustentável das embalagens.

Entre as camadas que compõe as embalagens, estão

· Camada de selagem: no caso das embalagens com altas propriedades de barreira, se o selante não oferecer a hermeticidade adequada, há o risco de se perder totalmente a barreira e, consequentemente, o conteúdo.
· Camada de adesivo: as resinas tradicionais de barreira (EVOH, PA ou PET) contêm grupos polares, enquanto as outras camadas de filme (a de selagem, por exemplo) são compostas de material poliolefínico não polar, o que requer uma camada de adesivo para unir as camadas durante todo o ciclo de vida da embalagem.
· Camada de tenacidade: previne a perda de barreira resultante de rupturas durante o transporte e manipulação da embalagem. Essa camada, que geralmente tem como base uma poliolefina como, por exemplo, o polietileno, requer o uso de adesivos para se manter unida ao material de barreira.

Como mencionado, as embalagens contêm uma camada de selante que deve garantir sua hermeticidade e, consequentemente, uma melhor conservação dos alimentos. As resinas que garantem essa melhor conservação dos alimentos, amplamente utilizadas no setor de embalagens flexíveis com barreira, vêm demonstrando excelente eficácia de selagem contra os contaminantes presentes em alimentos tradicionais acondicionados em embalagens de barreira, como carnes, queijos e molhos, entre outros.

Para a camada de adesão em processos de coextrusão com materiais de barreira, existem soluções exclusivas para o mercado crescente de embalagens de barreira submetidas a tratamentos térmicos como, por exemplo, as embalagens para alimentos prontos. Entre as resinas, estão produtos que oferecem uma ótima adesão entre as camadas de barreira: por exemplo, entre EVOH ou PA e a camada subsequente da embalagem, geralmente à base de polipropileno para resistir ao tratamento térmico.

Para a camada de tenacidade, existem resinas que se destacam por seu excelente desempenho em termos de propriedades mecânicas e óticas. Neste ponto, as resinas que oferecem um equilíbrio inédito entre rigidez e resistência, facilidade de processamento e uso mais eficiente dos materiais sem prejuízo para as propriedades, possibilitam embalagens mais sustentáveis.

Em função do compromisso das empresas com a sustentabilidade e a demanda entre os consumidores por embalagens com menor impacto ambiental, torna-se cada vez mais imprescindível oferecer soluções que possibilitem a reciclagem, com perda mínimo de valor, tanto dos materiais de barreira (polares) quanto dos materiais poliolefínicos (não polares) presentes nas embalagens, o que é possível no caso do propileno e do polietileno.

Dadas as vantagens claras que oferecem, o uso das embalagens de barreira deverá continuar a crescer, razão pela qual torna-se cada vez mais necessário gerenciar soluções que facilitem a reciclagem dos filmes de barreira pós-consumo sem comprometer seu desempenho ou estética.

Para que esses filmes de barreira pós-consumo possam ser reciclados, é necessário uma boa compatibilidade entre os materiais de barreira e os outros materiais. Compatibilizantes que apresentam alta reatividade e viscosidade ultrabaixa. A viscosidade facilita a dispersão de uma maneira uniforme na matriz poliolefínica e a reatividade faz com que as resinas de barreira polares, como EVOH ou PA, fiquem encapsuladas, rodeadas pelo compatibilizante, que atua como um surfactante. Os benefícios oferecidos por essa nova tecnologia vão além da sustentabilidade: é possível reutilizar os resíduos dos materiais de barreira gerados durante a conversão das embalagens nas próprias embalagens.

Testes têm demonstrado que os novos filmes fabricados com os compatibilizantes que apresentam alta reatividade e viscosidade ultrabaixa mantêm a mesma transparência que a do filme de controle e que a resistência ao impacto é mantida ou melhorada. Estes compatibilizantes oferecem a possibilidade de se utilizar os resíduos dos filmes de barreira para substituir parte do polietileno, garantindo, assim, melhor aproveitamento dos produtos reciclados.

Assim, é fundamental trabalhar em conjunto com todos os participantes da cadeia de valor de embalagens e liderar o desenvolvimento de produtos e soluções integradas para as embalagens para alimentos, tratando de um dos problemas mais urgentes da nossa sociedade: a redução do desperdício de alimentos.

(*) Angels Domenech é diretora de Pesquisa & Desenvolvimento para Embalagens & Plásticos de Especialidades da Dow para a América Latina.

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Primeira matriz de extrusão do mundo com 9 manifolds, fabricada pela Nordson, produz filmes de camadas múltiplas com redução expressiva na variação da espessura

06/10/2015

A mais avançada matriz do tipo multi-manifold da Nordson proporciona tolerâncias mais estreitas do que um sistema comparável de blocos de alimentação, economizando nos custos de material e aprimorando a qualidade do produto

Representação do corte vertical da matriz de 9 manifolds da Nordson EDI, com fluxos de polímero apresentados em diferentes cores. Os fluxos combinados formam uma estrutura única de camadas múltiplas que sai da matriz à esquerda. Na parte superior esquerda, pode-se ver a unidade de ajuste automático de lábios.

Representação do corte vertical da matriz de 9 manifolds da Nordson EDI, com fluxos de polímero apresentados em diferentes cores. Os fluxos combinados formam uma estrutura única de camadas múltiplas que sai da matriz à esquerda. Na parte superior esquerda, pode-se ver a unidade de ajuste automático de lábios.

O mais recente avanço em tecnologia de coextrusão da Nordson Corporation (www.nordsonpolymerprocessing.com) permite que produtores de filmes multi-camadas (especialmente aqueles com linhas de alta produtividade dedicadas a uma gama de produtos limitada) atinjam tolerâncias de espessura mais estreitas para as camadas individuais.

Uma matriz plana com nove manifolds da Nordson EDI, a primeira de seu tipo, já está em funcionamento e cumpriu sua tarefa com êxito, produzindo filmes de nove camadas a partir de várias resinas. Embora o grau de melhoria dependa da aplicação, a tecnologia de matriz com nove manifolds da Nordson EDI promete, de modo geral, reduzir a variação de espessura de camadas individuais para uma tolerância de +/-  5%, de acordo com Sam G. Iuliano, tecnólogo chefe da Nordson EDI. Atualmente, a tolerância frequentemente encontrada em sistemas comparáveis de blocos de alimentação avançados é de +/-  15%.

“Essa maior precisão que pode ser alcançada com as matrizes do tipo multi-manifold permite que os processadores obtenham camadas mais finas dos materiais para finalidades especiais de alto custo, geralmente exigidas para filmes de embalagens de alto desempenho. Ao mesmo tempo, a precisão melhora a qualidade e a consistência do produto”, explica Iuliano.

Parte traseira da matriz com 9 manifolds da Nordson EDI, com portas de entrada para os fluxos de polímero mostradas em diferentes cores. À esquerda, pode-se ver uma das duas estruturas de fixação da parte de fora, projetadas para evitar vazamento nas extremidades da matriz. Na parte central superior, vê-se a parte de cima de uma unidade de ajuste automático de lábios.

Parte traseira da matriz com 9 manifolds da Nordson EDI, com portas de entrada para os fluxos de polímero mostradas em diferentes cores. À esquerda, pode-se ver uma das duas estruturas de fixação da parte de fora, projetadas para evitar vazamento nas extremidades da matriz. Na parte central superior, vê-se a parte de cima de uma unidade de ajuste automático de lábios.

Um manifold é um canal de distribuição de fluxo dentro da matriz, cuja complexa geometria interna, projetada para um polímero específico, é desenvolvida para fornecer um fluxo uniforme e otimizado e distribuir o material até a largura total. Em uma matriz do tipo multi-manifold, cada fluxo de polímero tem seu próprio manifold e as camadas são combinadas em uma única estrutura somente após cada uma delas ter sido individualmente distribuída até a largura total. Para fins de comparação, um bloco de alimentação combina vários fluxos de polímero em um “sanduíche” estreito de múltiplas camadas que é, subsequentemente, ajustado até a largura final em uma matriz de manifold único. O método de manifolds múltiplos fornece maior uniformidade e precisão de espessura de camadas principalmente porque evita grande parte da deformação da interface da camada que ocorre quando várias camadas pré-montadas em um bloco de alimentação são distribuídas simultaneamente pela matriz.

“Os clientes da Nordson EDI ao redor do mundo têm se beneficiado há muito tempo da coextrusão de manifolds múltiplos, usando matrizes com dois, três, quatro ou cinco manifolds”, observa o Sr. Iuliano. “Projetar uma matriz com nove manifolds foi um grande desafio para nós, pois era preciso apertar e aquecer adequadamente dez importantes segmentos de corpo da matriz. Além disso, os nove canais de fluxo foram projetados de forma personalizada para a camada específica que estavam distribuindo, o que significa que tínhamos que acomodar canais de fluxo de diferentes tamanhos e layouts no projeto”.

Ferramentas com manifolds múltiplos melhoram a qualidade e a eficácia de produção

Para a distribuição de polímero fundido das extrusoras para uma matriz do tipo multi-manifold, a Nordson EDI faz o projeto blocos de distribuição – localizados logo acima da matriz – em uma variedade de configurações opcionais. As versões mais simples têm um projeto fixo, distribuindo o polímero fundido para as entradas da matriz multi-manifold em uma única estrutura sequencial dedicada de camadas. Blocos de distribuição mais sofisticados oferecem a capacidade de redirecionamento de fluxos de material fundido para alterar a sequência das camadas, por meio de placas seletoras permutáveis. Os blocos de distribuição mais avançados, além das placas seletoras, incluem subconjuntos de blocos de alimentação que combinam alguns dos fluxos de material derretido antes que cheguem à matriz, permitindo versatilidade de produto e um maior número de camadas em relação ao número de manifolds da matriz.

Como a fabricante que mais construiu matrizes do tipo multi-manifold, a Nordson EDI aplicou sua experiência para deixá-las livres de problemas. Muitas matrizes com quatro e cinco manifolds da Nordson EDI estão em operação sem problemas de vazamento, mesmo com taxas de produtividade de quase 5.000 kg/h, afirma a empresa. Para a nova matriz com nove manifolds, a Nordson EDI desenvolveu elementos de fixação adicionais do lado externo dos principais corpos da matriz (na área de montagem de placas final) para garantir a vedação adequada.

A Nordson EDI pode projetar, de forma personalizada, sua estação de limpeza rápida Ultracart™ para a matriz do tipo multi-manifold específica de um cliente. Além disso, as unidades de ajuste automático de lábios Autoflex na matriz são modulares e pode ser destacadas facilmente, permitindo acesso conveniente aos elementos de fixação do corpo da matriz. Esses sistemas simplificam a montagem e desmontagem para limpeza periódica e a manutenção preventiva da matriz.

A estação de limpeza rápida Ultracart™ pode ser projetada para acomodar matrizes com 9 manifolds. A matriz desmontada mostrada aqui é uma unidade com 3 manifolds.

A estação de limpeza rápida Ultracart™ pode ser projetada para acomodar matrizes com 9 manifolds. A matriz desmontada mostrada aqui é uma unidade com 3 manifolds.

Nordson EDI oferece várias alternativas para a produção de filmes de camadas múltiplas

A matriz com nove manifolds é a mais recente de uma ampla gama de opções de coextrusão disponibilizadas pela Nordson EDI. O sistema de matrizes que a empresa recomenda para determinada aplicação depende de variáveis como taxa geral de produtividade, espessura das camadas e proporções de viscosidade, largura da matriz, número e tipo de estruturas de produto necessárias e se as temperaturas de processamento do material fundido para qualquer um dos fluxos de material são diferentes. Embora as soluções recomendadas possam variar de uma matriz de manifold único, com bloco de alimentação, até uma matriz completa do tipo multi-manifold, com canais separados para todas as camadas, geralmente a recomendação se encaixa nesses extremos, combinando abordagens de manifolds múltiplos e de blocos de alimentação. Por exemplo, se uma estrutura de cinco camadas incluísse uma única camada de cobertura crítica, então uma matriz de dois manifolds seria recomendada: a camada crítica seria distribuída pelo seu próprio canal de fluxo e as outras quatro camadas compatíveis seriam coextrudadas pelo segundo canal de fluxo.

Até mesmo ao desenvolver progressos em matrizes do tipo multi-manifold, a Nordson EDI está comprometida em inovar no projeto do bloco de alimentação, observa Iuliano. “Dependendo do cenário de processamento específico, uma matriz de manifold único com um bloco de alimentação de coextrusão pode ser a melhor forma a ser adotada – por exemplo, caso as ferramentas de extrusão precisem produzir muitas estruturas diferentes com proporções significativamente diferentes de camadas. Geralmente, a abordagem de bloco de alimentação permite maior versatilidade de produto, bem como procedimentos mais simples de limpeza e troca de produtos. No entanto, a abordagem de manifolds múltiplos é superior em termos de qualidade e consistência do produto. Atualmente, essa abordagem é uma alternativa mais prática e realista do que nunca para produtores de filmes de camadas múltiplas de ordem superior”.

A Nordson Polymer Processing Systems fornece aos clientes componentes projetados para fundir, homogeneizar, filtrar, medir e dar forma a plásticos e materiais de revestimento fluido. A Nordson Corporation aproveita a experiência da indústria de plásticos como um todo obtida por meio de uma série de aquisições estratégicas para oferecer um portfólio amplo e único das principais tecnologias do setor. A Nordson fornece uma ampla gama de produtos de precisão de fluxo fundido — desde parafusos e cilindros para extrusão e molde para injeção a sistemas de filtragem, bombas e válvulas — para as matrizes de extrusão e sistemas de peletização a fim de atender às necessidades em constante evolução da indústria de polímeros. A Nordson Corporation fornece aos clientes recursos para vendas técnicas, serviços e reforma locais por meio de organizações de venda e fábricas regionais em mais de 30 países.

Fonte: Martino Communications / Nordson Corporation

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