Resumen
La Orientación en Dirección de la Máquina (MDO, siglas en ingles)) mejora en gran medida las propiedades de una película, es decir, el módulo, la barrera, resistencia a la tracción y la óptica. Mediante la utilización de películas MDO, un fabricante de envases puede reducir significativamente los costos de embalaje por la reducción del espesor, la sustitución de materiales menos deseables y / o la eliminación de los procesos de transformación secundarios. Haciéndolo, reduce de forma efectiva las cantidades y tipos de material usados y la etapas de procesamiento necesarios para fabricar un determinado empaque.
Introduccion
En este artículo, se presentara una breve descripción de las mejoras en las propiedades físicas del procesamiento de MDO, con el objetivo de demostrar los impulsadores económicos de la utilización de películas MDO en envases flexibles. Se darán ejemplos generales que muestran los beneficios económicos potenciales asociados con la utilización de películas MDO en envases flexibles.
Mejoras en las propiedades físicas a través del proceso MDO
La Orientación en Dirección de la Máquina (MDO) es conocida por cambiar significativamente las propiedades físicas de las películas plásticas. De particular interés son los aumentos en las propiedades mecánicas (módulo, resistencia) [1-5] y de barrera (humedad, oxígeno) [5-7]. Trabajos previos han demostrado un aumento de más de diez veces del módulo en dirección de la máquina y resistencia a la rotura de las películas de HMW-HDPE después de MDO [1].
Dicha película tiene un módulo de más de 1.000.000 psi, el doble que la de PET comúnmente usada. El trabajo adicional ha mostrado una reducción significativa en las tasas de transmisión de oxígeno y humedad para películas de siete capas MDO conteniendo LLDPE, HDPE y EVOH [4], una mejora mayor que 200% en barrera de oxígeno para las películas coextruídas que contienen LLDPE y EVOH [6], una mejora en la barrera de oxígeno a alta humedad relativa respecto a películas sin MDO [6], y tasas de transmisión de oxígeno y humedad reducidas en mas de la mitad para películas de PEAD MDO [5,6]. Estos mejoras en las propiedades permiten a un convertidor reducir de manera significativa el costo de un empaque a través de la reducción del espesor, reemplazo de material y la consolidación del proceso.
Reducción de costos de procesamiento mediante MDO
Tres maneras de reducir el costo de un empaque flexible mediante la utilización de películas MDO son las siguientes:
El aumento significativo en las propiedades mecánicas de una película como un resultado de un procesamiento MDO permite reducir el espesor de una película plástica sin comprometer las propiedades globales del empaque. Por ejemplo, se puede utilizar MDO para reducir el espesor de las películas para sacos de servicio pesado, empaque de alimentos y medicinas.
Una oportunidad para reducir los costos de embalaje a través de la reducción de fuentes es en los sacos de servicio pesado. Fiscus ha señalado tanto las propiedades mínimas y reales de a 5 millones de una bolsa de servicio pesado de LLDPE hexeno [8]. Estos se enumeran en la Tabla 1, con datos comparables para una pelicula MDO especialmente desarrollada que tiene una reducción del 10% en espesor, en relación con la pelicula estandar
Reducción de Material No Deseado
Las mejoras en el módulo, la transparencia y resistencia a la tracción ofrecen una oportunidad para reemplazar a materiales menos deseables en los envases con otros que son más rentables y tienen propiedades que se adaptan mejor a la aplicación dada. Un ejemplo sería la sustitución de películas de poliéster, en aplicaciones especificas, con una película de poliolefina MDO. En algunos casos, el poliéster es menos deseable que las poliolefinas, debido a su mayor densidad, lo que resulta en un rendimiento significativamente menor en m2 o Mpulg2 . Un ejemplo específico sería comparar una película de poliolefina MDO con poliéster bioorientado. La siguiente tabla compara las dos películas:
La Orientación en Dirección de la Máquina (MDO, siglas en ingles)) mejora en gran medida las propiedades de una película, es decir, el módulo, la barrera, resistencia a la tracción y la óptica. Mediante la utilización de películas MDO, un fabricante de envases puede reducir significativamente los costos de embalaje por la reducción del espesor, la sustitución de materiales menos deseables y / o la eliminación de los procesos de transformación secundarios. Haciéndolo, reduce de forma efectiva las cantidades y tipos de material usados y la etapas de procesamiento necesarios para fabricar un determinado empaque.
Introduccion
En este artículo, se presentara una breve descripción de las mejoras en las propiedades físicas del procesamiento de MDO, con el objetivo de demostrar los impulsadores económicos de la utilización de películas MDO en envases flexibles. Se darán ejemplos generales que muestran los beneficios económicos potenciales asociados con la utilización de películas MDO en envases flexibles.
Mejoras en las propiedades físicas a través del proceso MDO
La Orientación en Dirección de la Máquina (MDO) es conocida por cambiar significativamente las propiedades físicas de las películas plásticas. De particular interés son los aumentos en las propiedades mecánicas (módulo, resistencia) [1-5] y de barrera (humedad, oxígeno) [5-7]. Trabajos previos han demostrado un aumento de más de diez veces del módulo en dirección de la máquina y resistencia a la rotura de las películas de HMW-HDPE después de MDO [1].
Dicha película tiene un módulo de más de 1.000.000 psi, el doble que la de PET comúnmente usada. El trabajo adicional ha mostrado una reducción significativa en las tasas de transmisión de oxígeno y humedad para películas de siete capas MDO conteniendo LLDPE, HDPE y EVOH [4], una mejora mayor que 200% en barrera de oxígeno para las películas coextruídas que contienen LLDPE y EVOH [6], una mejora en la barrera de oxígeno a alta humedad relativa respecto a películas sin MDO [6], y tasas de transmisión de oxígeno y humedad reducidas en mas de la mitad para películas de PEAD MDO [5,6]. Estos mejoras en las propiedades permiten a un convertidor reducir de manera significativa el costo de un empaque a través de la reducción del espesor, reemplazo de material y la consolidación del proceso.
Reducción de costos de procesamiento mediante MDO
Tres maneras de reducir el costo de un empaque flexible mediante la utilización de películas MDO son las siguientes:
- Reducción en la Fuente = Reducción del espesor de la película
- Reemplazo de material = Reemplazo de materiales menos deseables
- Reducción del procesamiento = Consolidación del proceso
El aumento significativo en las propiedades mecánicas de una película como un resultado de un procesamiento MDO permite reducir el espesor de una película plástica sin comprometer las propiedades globales del empaque. Por ejemplo, se puede utilizar MDO para reducir el espesor de las películas para sacos de servicio pesado, empaque de alimentos y medicinas.
Una oportunidad para reducir los costos de embalaje a través de la reducción de fuentes es en los sacos de servicio pesado. Fiscus ha señalado tanto las propiedades mínimas y reales de a 5 millones de una bolsa de servicio pesado de LLDPE hexeno [8]. Estos se enumeran en la Tabla 1, con datos comparables para una pelicula MDO especialmente desarrollada que tiene una reducción del 10% en espesor, en relación con la pelicula estandar
* Los datos de modulo en DT y brillo, no están incluidos en la referencia [8].
** No estuvieron disponibles pesos pendulares mayores a 6,400 g para pruebas de desgarre Elmendorf, resultando una máxima resistencia al desgarre medible de 1,400 g/mil para una película de 4.5 mil (112.5 micrones).
Tabla 1. Datos para una pelicula de 5 mil (125 mcrones) de LLDPE Hexeno para sacos de servicio pesado y una pelicula MDO mas delgada de 4.5 mil (112.5 micrones). se incvluyen los requerimientos minmos y datos reales para la pelicula estándar y datos medidos para la película MDO.
La película MDO proporciona mejoras significativas en el módulo y resistencia a la tracción, permitiendo reducir el espesor más allá del actual 4.5 mil. En este caso, una película MDO de 3.0 mils (75 micrones) podria cumplir con los requisitos mínimos de resistencia a la tracción. Las deficiencias de la película MDO incluyen inferior resistencia al desgarre en dirección de la máquina (menor que la real, pero aún mayor que el mínimo valor requerido) y resistencia a caída de dardo (menos que la mínima y real). El ajuste de estas propiedades se pueden ser abordar a través de las condiciones de operación en MDO y la formulación de la película, y así equilibrar el exceso en las propiedades de tracción con las deficiencias de los valores en resistencia al desgarre y caída de dardo. Además, se puede obtener una mejora en el brillo a través del procesamiento MDO , mejorando significativamente la estética general del empaque. Este ejemplo demuestra la flexibilidad del proceso MDO para proporcionar películas que satisfagan las necesidades de aplicaciones específicas.
Reducción de Material No Deseado
Las mejoras en el módulo, la transparencia y resistencia a la tracción ofrecen una oportunidad para reemplazar a materiales menos deseables en los envases con otros que son más rentables y tienen propiedades que se adaptan mejor a la aplicación dada. Un ejemplo sería la sustitución de películas de poliéster, en aplicaciones especificas, con una película de poliolefina MDO. En algunos casos, el poliéster es menos deseable que las poliolefinas, debido a su mayor densidad, lo que resulta en un rendimiento significativamente menor en m2 o Mpulg2 . Un ejemplo específico sería comparar una película de poliolefina MDO con poliéster bioorientado. La siguiente tabla compara las dos películas:
Tabla 2. Datos típicos para una película orientada de poliéster y una película de poliolefina MDO
Mediante la utilización de la película de poliolefina MDO, incluso en 15 micrones (0.6 mil) de espesor, un productor de empaques podría capturar una mejora del rendimiento del 15% con respecto a la película de PET de 12 micrones (0.48 mil). Otros beneficios ademas de la reducción de las fuentes incluyen el doble de resistencia a la rotura en la dirección de la máquina, termosellabilidad, la naturaleza inherente hidrofóbica de la poliolefina y el desgarro anisotrópico que resulta en mejores características de desgarre lineal recto. Algunas importantes deficiencias de la película de poliolefina MDO deberian ser enfrentadas, e incluyen la estabilidad térmica a temperaturas elevadas, mayor opacidad, menor barrera al oxígeno y menores propiedades de tracción en dirección transversal.
Por estas razones, las películas de poliolefina MDO pueden no ser una sustitución aceptable para todas las aplicaciones de poliéster, pero puede ser un alternativa en aquellos casos donde la rigidez, resistencia a la tracción y desgarro direccional son de principal interés.
En otro caso, las películas MDO se pueden utilizar para sustituir las películas preexistentes que no están idealmente diseñadas para una aplicación dada. Por ejemplo, algunas variedades de productos de BOPP no recubiertas están disponibles, principalmente debido a la limitada flexibilidad de las lineas de extrusión y de orientación utilizadas para la fabricación de estas películas.
Mediante la utilización de un sólido proceso de MDO fuera de la línea de extrusión, se puede producir una película adaptada específicamente a las exigencias de un determinado empaque. Esta película podría tienen numerosos beneficios, tales como un mejor procesamiento y desempeño, aumentando así la eficiencia de los procesos posteriores, tales como impresoras, laminadoras y máquinas de formación de bolsas.
Reducción de Procesamiento
Existe la posibilidad de utilizar la tecnología MDO para eliminar la necesidad de algunos procesos de conversión secundarios. Un ejemplo sería la sustitución de una estructura laminada con una película MDO específicamente diseñada . Las mejoras inherentes a las películas MDO, mayor módulo, barrera, resistencia y brillo, permiten a la tecnología reemplazar laminaciones de películas impresas con capas sellantes.
Las recientes mejoras en las tecnologías de impresión superficial también reducen la necesidad de imprimir por el revés las películas de empaque [11]. El gran número de requisitos para un determinado empaque hace que este sea un desafió, pero estos desarrollos pueden proporcionar grandes beneficios económicos y mejoras en la eficiencia de los procesos.
Por estas razones, las películas de poliolefina MDO pueden no ser una sustitución aceptable para todas las aplicaciones de poliéster, pero puede ser un alternativa en aquellos casos donde la rigidez, resistencia a la tracción y desgarro direccional son de principal interés.
En otro caso, las películas MDO se pueden utilizar para sustituir las películas preexistentes que no están idealmente diseñadas para una aplicación dada. Por ejemplo, algunas variedades de productos de BOPP no recubiertas están disponibles, principalmente debido a la limitada flexibilidad de las lineas de extrusión y de orientación utilizadas para la fabricación de estas películas.
Mediante la utilización de un sólido proceso de MDO fuera de la línea de extrusión, se puede producir una película adaptada específicamente a las exigencias de un determinado empaque. Esta película podría tienen numerosos beneficios, tales como un mejor procesamiento y desempeño, aumentando así la eficiencia de los procesos posteriores, tales como impresoras, laminadoras y máquinas de formación de bolsas.
Reducción de Procesamiento
Existe la posibilidad de utilizar la tecnología MDO para eliminar la necesidad de algunos procesos de conversión secundarios. Un ejemplo sería la sustitución de una estructura laminada con una película MDO específicamente diseñada . Las mejoras inherentes a las películas MDO, mayor módulo, barrera, resistencia y brillo, permiten a la tecnología reemplazar laminaciones de películas impresas con capas sellantes.
Las recientes mejoras en las tecnologías de impresión superficial también reducen la necesidad de imprimir por el revés las películas de empaque [11]. El gran número de requisitos para un determinado empaque hace que este sea un desafió, pero estos desarrollos pueden proporcionar grandes beneficios económicos y mejoras en la eficiencia de los procesos.
El siguiente es un ejemplo de una película MDO que combina barrera mejorada, buena termosellabilidad, mayor rigidez, alto brillo y baja opacidad.
Conclusión
Las mejoras vistas a través de la orientación en dirección de la máquina (ODM) permiten su uso, tanto para mejora de productos y significativa reducción de costes . Tres formas que las películas MDO pueden ser usadas para reducir los costos de embalaje son a través de reducir el espesor de la película, la sustitución de materiales menos deseables y la consolidación del proceso. Con el uso del proceso de MDO y el diseño de películas específicas para satisfacer los requisitos de una aplicación dada, se pueden obtener importantes ahorros económicos.
Referencias
1. Breese, D. R., Beaucage, G., Williams, K. L., Modeling the effects of solid state orientation on blown high molecular weight high density PE films: A composite theory approach, SPE ANTEC (2005).
2. Breese, D. R., Strebel, J. J., Balancing tear strength and modulus of machine direction oriented films containing high molecular weight polyethylene, SPE FlexPackCon (2006).
3. Williams, K., Levarde, G., Wolf, R., Breese, R., Economic benefits of machine direction orientation, SPE RETEC Conference (2005).
4. Breese, D. R., Imfeld, S. M., Utilizing HWW-PEs with machine direction orientation (MDO) to produce films with unique properties for flexible packaging, FlexPo Conference Proceedings (2006).
5. Hatfield, E., Tate, R., Williams, K., Todd, B., New MDO Medium Molecular Weight High Density Polyethylene Films, SPE ANTEC Conference (2001).
6. Hatfield, E., Breese, D. R., Step change improvements in barrier using MDO, TAPPI 2006 Innovations in Barrier Packaging (2006).
7. Breese, D. R., Beaucage, G., Effects of machine direction orientation on the moisture and oxygen barrier properties of HMW-PE films, TAPPI PLACE Conference (2005).
8. Fiscus, D., Metallocene LLDPE Films for Heavy-Duty Sack Applications, TAPPI PLACE Conference (2002).
9. Selke, S. E. M., Cutler, J. D., Hernandez, R. J., Plastics Packaging: Properties, Processing, Applications, and Regulations, 2nd Edition, Hanser, Munich (2004).
10. Brody, A. L., Marsh, K. L., The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology, 2nd Edition, Wiley, New York (1997).
11. Schottland, P., Enabling Active Packaging, TAPPI PLACE Conference (2006).
12. Vetter, O., Trends and Opportunities in the European Clear Barrier Market, TAPPI PLACE (2006).
Fuente: Ryan Breese - Eclipse Film Technologies
Tabla 3. Propiedades de una película MDO de alta barrera para reemplazo de estructuras laminadas de alta barrera en embalaje flexible
Esta película en desarrollo tenia también una excelente resistencia de sellado a temperaturas moderadas, cono se indica en la Figura 1.
Figura 1. Resistencia de termosellado vs temperatura de termosellado para una película MDO de 65 micrones (2.6 mils) para reemplazo de laminación. La prueba de sellado se condujo con un tiempo de residencia de 0.5 segundos y una presión de sello de 50 psi.
Esta película tiene las mismas propiedades de barrera al oxígeno que muchas películas metalizadas y recubiertas [9,10,12]. Sus propiedades de tracción son significativamente mayores que las estructuras laminadas de poliéster. Además, el superficie altamente brillante es similar, si no mejor, que otras películas impresas grado laminación y proporciona una estética excelente al empaque.
Conclusión
Las mejoras vistas a través de la orientación en dirección de la máquina (ODM) permiten su uso, tanto para mejora de productos y significativa reducción de costes . Tres formas que las películas MDO pueden ser usadas para reducir los costos de embalaje son a través de reducir el espesor de la película, la sustitución de materiales menos deseables y la consolidación del proceso. Con el uso del proceso de MDO y el diseño de películas específicas para satisfacer los requisitos de una aplicación dada, se pueden obtener importantes ahorros económicos.
Referencias
1. Breese, D. R., Beaucage, G., Williams, K. L., Modeling the effects of solid state orientation on blown high molecular weight high density PE films: A composite theory approach, SPE ANTEC (2005).
2. Breese, D. R., Strebel, J. J., Balancing tear strength and modulus of machine direction oriented films containing high molecular weight polyethylene, SPE FlexPackCon (2006).
3. Williams, K., Levarde, G., Wolf, R., Breese, R., Economic benefits of machine direction orientation, SPE RETEC Conference (2005).
4. Breese, D. R., Imfeld, S. M., Utilizing HWW-PEs with machine direction orientation (MDO) to produce films with unique properties for flexible packaging, FlexPo Conference Proceedings (2006).
5. Hatfield, E., Tate, R., Williams, K., Todd, B., New MDO Medium Molecular Weight High Density Polyethylene Films, SPE ANTEC Conference (2001).
6. Hatfield, E., Breese, D. R., Step change improvements in barrier using MDO, TAPPI 2006 Innovations in Barrier Packaging (2006).
7. Breese, D. R., Beaucage, G., Effects of machine direction orientation on the moisture and oxygen barrier properties of HMW-PE films, TAPPI PLACE Conference (2005).
8. Fiscus, D., Metallocene LLDPE Films for Heavy-Duty Sack Applications, TAPPI PLACE Conference (2002).
9. Selke, S. E. M., Cutler, J. D., Hernandez, R. J., Plastics Packaging: Properties, Processing, Applications, and Regulations, 2nd Edition, Hanser, Munich (2004).
10. Brody, A. L., Marsh, K. L., The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology, 2nd Edition, Wiley, New York (1997).
11. Schottland, P., Enabling Active Packaging, TAPPI PLACE Conference (2006).
12. Vetter, O., Trends and Opportunities in the European Clear Barrier Market, TAPPI PLACE (2006).
Fuente: Ryan Breese - Eclipse Film Technologies
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