Extrusión de Peliculas Termoencogibles

Las películas termoencogibles se producen mediante la orientación monoaxial o biaxial de una lámina o tubo de película imponiendo una fuerza de estiramiento a una temperatura en la que la película se ablanda pero que se mantiene por debajo de su punto de fusión, luego se enfría rápidamente para retener las propiedades físicas generadas durante la orientación. Es importante señalar que la temperatura de orientación se produce entre el punto de ablandamiento Vicat (ASTM D1525) y el punto de fusión, pero no está directamente relacionada con la temperatura de transición vítrea (Tg) como alguna literatura podría indicar. Esto se puede observar en la Tabla 1, que compara las temperaturas de transición vítrea con los puntos de reblandecimiento Vicat para varios polímeros.

Antes de la orientación, las moléculas de la película se entrelazan aleatoriamente, sin exhibir ningún alineamiento particular. Sin embargo, cuando se impone una fuerza de estiramiento, las regiones amorfas se enderezan y se orientan a la dirección de la fuerza. Aplicando un enfriamiento adecuado, las moléculas se congelarán en este estado hasta que se aplique suficiente energía térmica para permitir que las cadenas se contraigan. Podemos visualizar este fenómeno estirando una liga de goma y sumergiéndola en nitrógeno líquido. esta permanecerá estirada siempre y cuando se mantenga bajo temperaturas suficientemente frías. Sin embargo, cuando se aplica suficiente energía térmica, la banda elástica se encogerá hasta su estado relajado original.

La orientación a escala comercial puede lograrse usando uno de dos métodos: un marco de estiramiento (tenter frame) o un proceso de burbuja.

La tecnología de marco de estiramiento (tenter frame) produce una variedad de productos termo-fijados, de los cuales el polipropileno biorientado (PPBO) es el más común. El termofijado es un proceso mediante el cual una película se recalienta en un estado restringido de tal manera que las propiedades de contracción se destruyen. Sin embargo, otras características importantes derivadas de la orientación (óptica, resistencia a la tracción y módulo) permanecen intactas.

La tecnología actual de marco de estiramiento no permite la producción de materiales con un alto grado de encogimiento libre y fuerza de contracción debido a la mecánica y la termodinámica del proceso.

En el proceso de marco de estiramiento, se produce una lámina plana y se enfría sobre un rodillo de enfriamiento, que suele sumergirse en un baño de agua. La lámina procede entonces a través de una unidad de orientación de la dirección de la máquina (ODM), donde se calienta y se estira a la relación deseada. Al salir de la unidad ODM, la lamina entra en la unidad de orientación en dirección transversal (ODT), donde se recalienta y se estira. BOPP es comúnmente estirado 700-800% tanto en la dirección de la máquina como en la transversal. Después de salir de la ODT, el material se rebobina en grandes rollos para el envejecimiento (el envejecimiento permite la cristalización secundaria del polímero, asegurando la planitud de la película y la uniformidad del rollo) y la conversión. Algunos sistemas de marco de estiramiento tienen equipo adicional aguas abajo para la retensilización y posterior termofijado o recocido. Los proveedores principales de los sistemas de marco de estiramiento son Brückner (Alemania), Mitsubishi (Japón), Andritz (Austria) y Marshall & Williams (Estados Unidos).

El segundo método comercial es el proceso de burbuja, a veces referido como un proceso tubular. Se produce un tubo primario soplando la película sobre un mandril externo o colándola sobre un mandril interno. El agua se utiliza para ayudar a enfriar el tubo en este punto. Después de que este se haya enfriado, el tubo se recalienta y se utiliza aire para inflarlo en una burbuja. En la inflación, se orienta en ambas direcciones simultáneamente, típicamente 700-800% para BOPP. Otras películas este es orientado 200-1000 % en cualquier dirección. Después de la orientación, la burbuja se enfría usando un anillo de aire. El tubo se corta y se separa, y luego cada mitad es rebobinada en rollos madre para envejecimiento y conversión. El procesamiento en línea adicional, como el tratamiento corona para los materiales que se imprimirán en un momento posterior, se utiliza a menudo con esta tecnología. Los primeros proveedores comerciales de equipos de orientación tubular incluyen Prandi (Italia) GAP (Italia), Jumbo Steel (Taiwan) y Gloenco (Inglaterra). Ahora hay mas fabricantes de estos equipos.

Las películas termoencogibles se limitaron a construcciones monocapa hasta hace poco. Los avances tecnológicos de la última década han llevado al desarrollo de coextrusiones multicapa. Estas mejoras de proceso han permitido diseñar películas con un mayor control sobre las características deseadas para satisfacer una gama mucho más amplia de requisitos de embalaje. La Tabla 2 enumera las principales películas retráctiles ofrecidas en el mercado estadounidense.

Los atributos claves que son importantes para las películas termoencogibles incluyen encogimiento, sellabilidad, óptica, tenacidad y deslizamiento. Cada uno de estos atributos está compuesto de varias facetas. Para propiedades de encogimiento, son la temperatura de inicio, encogimiento libre, fuerza de encogimiento, rango de temperatura de contracción, memoria y aspecto general del empaque. Para las propiedades de sellado, también se debe considerar la facilidad de sellado del reborde, la resistencia del sellado del borde, el aspecto del borde, la sellabilidad estática de la solapa y la sellabilidad térmica de la solapa. Para la óptica, es importante considerar la claridad, brillo y nubosidad.

Hay tres aspectos para la tenacidad: resistencia al impacto, resistencia a la punción lenta y resistencia al desgarre.

• La fuerza de impacto mide cuán bien un material resiste una fuerza repentina, como cuando una caja se deja caer desde una cierta altura.
• La resistencia a la punción lenta mide cuán bien un material se resiste a un aumento gradual de la tensión, como cuando alguien intenta meter un dedo a través de la película.
• La resistencia al desgarre mide cuan bien una película resiste al desgarre una vez que ha sido cortada o desgastada.

Finalmente, para el deslizamiento, es importante considerar tanto el deslizamiento en caliente (tal como un paquete caliente que se coloca en una caja durante el envasado) como el deslizamiento en frío (importante en el retiro de un paquete de una caja). Muchos otros atributos deben ser considerados para cualquier aplicación dada, dependiendo de la naturaleza del producto que se empaqueta. Las propiedades de la película junto con las ventajas y desventajas potenciales se muestran en las Tablas 3, 4.

George D. Wofford
Cryovac Division, W. R. Grace & Co.-Conn., Duncan, South Carolina
The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology - Third Edition - 2009, p. 498