Una nueva investigación reafirma los lineamientos de FDA para capa externa virgen de PET como barrera

Estudio refuta la investigación previa que planteó dudas sobre la eficacia de PET virgen como una capa de barrera funcional cuando se coextruye con PET reciclado.

Fig 1: Este paquete de herramientas se usó para simular la permeabilidad esperada de tolueno fuera de la capa central de PET reciclado post consumo (RPC).

Cada una de estas simulaciones demuestra que las capas virgenes externas mantienen su idoneidad como una barrera funcional desde que los espesores de la capa de capa virgen no contaminada resultantes exceden la recomendación de FDA de 25 micrones (1-mil). La tercera y cuarta simulaciones demuestran además los beneficios de desvolatilización usando el proceso HVTSE sin secado.

Un estudio europeo de 2016 planteó dudas acerca de la efectividad del PET virgen como una capa externa de barrera en un empaque multicapa que también contiene reciclado post-consumo (PCR). Pero las investigaciones más recientes utilizando simulaciones por computadora han reafirmado las pautas publicadas en 2006 por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EUA (FDA, por sus siglas en inglés). Esas directrices (Guia para la Industria: Uso de Plásticos Reciclados en Embalaje Alimenticio: Consideraciones Químicas) establecen que con los elementos estructurales adecuados, una capa de capa virgen externa efectivamente actúa como una barrera funcional aceptable sobre materiales de RPC para el contacto con los alimentos.

Los resultados de este estudio más reciente fueron presentados primeramente en diciembre por PTi / Processing Technologies International (PTi), Aurora, Illinois, en la conferencia Extrusion 2016 de Plastics Technology. PTi llevó a cabo el estudio el año pasado en colaboración con Plastic Technologies, Inc. (PTI), Holland, Ohio, y Container Science Inc., Atlanta. Plastic Technologies Inc. es reconocida mundialmente como una de las principales fuentes de diseño de preformas y empaques, desarrollo de empaques, prototipado rápido, prototipado de pre-producción e ingeniería de evaluación de materiales para embalaje plástico.

Container Science Inc. fue fundada en enero de 2002 para ofrecer experiencia en ciencia de materiales para mejorar el desempeño básico, la calidad y la economía del PET y otros materiales de contenedores de plástico. La empresa (containerscience.com) proporciona un conocimiento fundamental de la química y la ciencia asociada con los contenedores de plástico, y traslada este entendimiento en soluciones prácticas que abordan las necesidades, problemas y oportunidades para esta industria.

Este estudio fue impulsado por un reciente informe de la industria europea de 2016 por el Dr. Frank Welle del Instituto Fraunhofer. Titulado Evaluación de Reciclados Detrás de Barreras Funcionales y presentado en Marzo pasado en la Conferencia de PET Reciclado para Contacto con Alimentos, el informe cuestionó la eficacia de una estructura A-B-A con reciclados de PET detrás de una barrera funcional y sugirió que la capa externa virgen podría contaminarse durante la extrusión haciendo inadecuada la barrera funcional.

Los hallazgos del informe europeo se basaron en pruebas de embalaje de PET reciclado a temperaturas elevadas de uso de hasta 100 °C (212 °F), lo cual no está de acuerdo con la recomendación de la FDA de 2006 (es decir, a temperatura ambiente e inferior) usando una capa virgen de PET con un mínimo de 25 micrones (1 mil) de espesor para encapsular los materiales de PET reciclado post consumo para aplicaciones directas de embalaje en contacto directo con alimentos.

El estudio PTi se propuso examinar la relevancia de la temperatura elevada de aplicación utilizada como parte de la Evaluación Fraunhofer y reafirmar el PET virgen como una barrera funcional adecuada y sus correspondientes directrices de la FDA. Los resultados de la simulación demuestran que una capa externa virgen de 25 micrones (1 ml) es una protección adecuada para un empaque de alimentos PET cuando se usa a temperatura ambiente.

En las estructuras de PET multicapa coextruidas, la FDA recomendó en 2006 una capa de capa externa virgen de 25 micrones (1 mil) de espesor para aplicaciones a temperatura ambiente y una capa externa de 50 micrones (2 mil) de espesor para uso a temperaturas más altas (hasta 150 °C/302 °F) para prevenir la penetración de los contaminantes que emigran de la capa central de PET reciclado del material de empaque dentro del alimento contenido. La capa externa virgen proporciona protección contra contacto insalubre o transferencia de tintas, adhesivos, productos químicos u otros materiales no destinados para consumo.

La simulación se centró en la migración en el cabezal y el bloque de alimentación. Esta se hizo a la temperatura de fusión típica de PET: 274-288 °C (525-550 °F). El informe de Fraunhofer mencionaba medidas de migración que se hicieron a 100 °C (212 °F) y llegó a conclusiones sobre la migración durante el proceso de extrusión. En realidad, los empaques de PET amorfo se usan a temperatura ambiental y sería relevante para medir la migración o realizar pruebas de desafío a temperatura ambiente. A la temperatura elevada de 100 °C (212 °F), el empaque de PET amorfo perdería su integridad estructural.

La Metodología
PTi realizó cuatro simulaciones de la prueba de desafío recomendada por la FDA (coextrusión de virgen/reciclado/virgen con 780 ppm de tolueno en el reciclado) como parte de este estudio. La ilustración de arriba ilustra un modelo del bloque de alimentación y cabezal que se usó para simular la permeación esperada de tolueno fuera de la capa central de reciclado. Las gráficas de la pág. 54-55 muestran la concentración prevista de tolueno en las capas central y externas al final del proceso de extrusión para las cuatro simulaciones. La tabla adjunta resume los datos de cuatro simulaciones diferentes que modelaron la producción de una lámina PET de 1 mm (40 mil) de espesor con una estructura de capas virgen/reciclado/virgen, 10/80/10 % a una velocidad combinada de 908 kg/hr (2000 lb/h).

La primera simulación asumió un extrusor mono tornillo convencional (es decir, sin capacidad de desvolatilización) que procesaba la capa central del 80% usando sólo escamas de PET reciclado. La segunda simulación cambió la formulación a una mezcla de 50% de reciclado post industrial (RPI) y 30 % de escamas de reciclado PET post consumo. La tercera simulación repitió la formulación utilizada durante la primera simulación, a la vez que agregó los beneficios de desvolatilización de una extrusora de doble tornillo con alto vacío alto utilizando un doble tornillo co-rotante Bandera HVTSE patentado. Y, por último, la cuarta simulación repitió la formulación de la segunda simulación, al tiempo que agregó los beneficios del proceso HVTSE.

Para cada una de estas cuatro simulaciones, los resultados demuestran que las capas externas virgenes mantienen su idoneidad como barrera funcional, ya que los espesores de la capa externa virgen no contaminada resultantes, exceden la recomendación de la FDA de 25 micrones (1 mil). La tercera y cuarta simulaciones demuestran además los beneficios de la desvolatilización utilizando el proceso sin secado HVTSE, el cual muestra que aumenta el espesor de la capa externa virgen no contaminada resultante (es decir, el espesor de la capa de barrera funcional resultante) debido a una reducción significativa de los niveles de concentración de contaminantes en la capa central.

En resumen, este estudio demostró efectivamente la importancia de varios factores con respecto a la migración de contaminantes, siendo la más significativa la correlación de mayores tasas de migración a temperaturas mayores de aplicación. En la evaluación de Fraunhofer, se informó que la velocidad de permeación a 100 ºC (212 °F) era rápida (el tiempo de penetración del contaminante a través de una capa externa de 12.5 micrones (0,5 mil) era de aproximadamente 1 día), pero a temperatura ambiente la velocidad era mucho más baja (Se predijo que el tiempo de pentracion contaminante equivalente era mayor de 100 años).

Otras conclusiones de este estudio indican que el tiempo de exposición durante el proceso de extrusión tiene cierto impacto, con los modelos de simulación que muestran la migración de contaminantes primarios ocurren en el area del bloque de alimentación y cabezal. Sin embargo, en esta zona, la migración se encuentra principalmente en la interfase y no a lo largo de la capa externa virgen.

Mas aun, este estudio demuestra que las capas externas vírgenes pueden permanecer sin contaminarse a un espesor de capa mayor de 25 micrones (1 mil), demostrando que la barrera funcional permanece intacta durante el proceso de extrusión y reafirmando las directrices de la FDA para su uso como una barrera eficaz. Simplemente, con los elementos estructurales adecuados, una capa externa virgen actúa como una barrera funcional aceptable sobre los materiales de reciclado post consumo para el contacto con los alimentos de acuerdo con las directrices originales establecidas por la FDA.

En última instancia, los envasadores de alimentos / procesadores de laminas deben demostrar a la FDA que su proceso de fabricación y el empaque producido cumplen con los requisitos de seguridad alimentaria pertinentes.

ACERCA DEL AUTOR: Sushant Jain es científico senior de aplicaciones y tecnología, para Processing Technologies LLC, Aurora, Illinois, un proveedor líder de sistemas completos de extrusión de láminas. Jain tiene 30 años de amplia experiencia en la industria plástica. Ha desempeñado papeles de liderazgo en I + D, desarrollo de productos y procesos y manufactura esbelta con las principales compañías de embalaje como Pactiv, American National Can, Amoco Foam Products y Continental Can. Ha desarrollado y comercializado contenedores para productos alimentarios / nutricionales. Contacto: (630) 585-5800; sjain@ptiextruders.com; Ptiextruders.com.

Sushant Jain
Plastics Technology
26 Marzo 2017