El embalaje monomaterial está lleno de tecnología
Resumen: Este artículo analiza las soluciones a las dificultades de producción (como la resistencia al calor y las propiedades de barrera) y los puntos clave del embalaje monomaterial, luego comparte una serie de casos de aplicación práctica que se han producido en masa.
Fundada en 1990, LD Packaging Co., Ltd. (LD Pack, para abreviar) es, sin duda, líder en la industria del embalaje flexible. Tras 30 años de dedicación y desarrollo innovador, se ha convertido en una empresa de embalaje flexible modernizada con sólidas capacidades de I+D, alcanzando una producción anual de más de 600 millones de RMB. Particularmente pionera en la investigación y el desarrollo de embalajes reciclables monomateriales, ha sido una de las pioneras en este campo.
Ya en 2014, cuando el BOPE estaba en sus inicios, LD PACK desarrolló con éxito una bolsa reciclable con cierre deslizante de estructura mono-PE que contenía BOPE. Tras más de seis años de esfuerzo, LD PACK ha vuelto a desarrollar con éxito cuatro series de productos de embalaje reciclables mono-material, incluyendo embalajes mono-PE, embalajes mono-PP, embalajes de gran capacidad y películas en rollo para embalaje automático, contribuyendo así a la protección del medio ambiente. Sin duda, el desarrollo de embalajes reciclables mono-material es un tema de gran actualidad en la industria del embalaje flexible. Sin embargo, ¿cuáles han sido las dificultades que ha encontrado LD PACK en el desarrollo de embalajes mono-material en los últimos seis años?
¿Cuáles son las limitaciones de la aplicación de monomateriales como el PE y el PP? ¿Cuáles son los últimos avances? Con estas preguntas en mente, el periodista tuvo recientemente el privilegio de entrevistar al Sr. Jason Zhong, gerente general de LD PACK. Respecto al desarrollo de monomateriales, el Sr. Zhong afirmó: «El desarrollo de monomateriales es imperativo, ¡y el futuro es prometedor! Sin embargo, el camino de la investigación y el desarrollo es arduo y tortuoso, con muchos obstáculos técnicos aún por superar».
Bolsa reciclable con cremallera deslizante y estructura de polietileno monocomponente
1. Los mayores desafíos técnicos de los envases monomateriales son la resistencia al calor y las propiedades de barrera.
(1) Resistencia al calor:
En materiales como el PE/PE, la transferencia de calor durante la fabricación de bolsas se produce desde la capa superficial hasta la capa de termosellado. A pesar de las mejoras en propiedades físicas como la resistencia a la tracción, la rigidez y la transparencia mediante procesos de estiramiento, las propiedades químicas de la película de PE se mantienen inalteradas, en particular su resistencia al calor, que constituye el mayor reto durante la fabricación de bolsas. La capa exterior de PE debe estar caliente para garantizar la integridad del sellado, mientras que la capa interior debe permanecer fría para mantener el termosellado. Esta contradicción supone un reto importante. Además, el estiramiento del PE afectará la planitud de la bolsa. El uso de LDPE puede solucionar los problemas de estiramiento, pero su baja resistencia al calor no cumple los requisitos del envasado. Por otro lado, el HDPE no puede someterse a un doble estiramiento, lo que complica aún más el problema. El BOPE puede sustituir al nailon para solucionar problemas de rigidez y resistencia a la perforación, pero sigue sin solucionar los problemas de resistencia al calor y planitud de la bolsa. Las bolsas de BOPE/PE son propensas a curvarse en los bordes, lo que dificulta significativamente su fabricación.
Incluso después de 6 años de desarrollo de monomateriales, LD PACK solo ha resuelto parcialmente el problema de la resistencia al calor. La solución completa depende de mejoras en el rendimiento de la resina y la tecnología de procesamiento, que aún faltan. Se dice que empresas como ExxonMobil y Dow están encontrando la manera de resolver el problema de la resistencia al calor del PE y esperan lograr avances prácticos pronto.
(2) Propiedades de barrera:
A diferencia de la resistencia al calor, existen soluciones para mejorar la barrera de los monomateriales. Generalmente, se puede añadir EVOH o PVA para cumplir con los requisitos de barrera y reciclaje, siempre que la cantidad añadida no supere el 5 % del espesor total. Por ejemplo, en una película laminada con un espesor total de 100 µm, la cantidad de EVOH añadida sería de aproximadamente 5 µm, lo que resulta en una OTR inferior a 8 cc. Estas estructuras pueden preservar eficazmente la calidad de los alimentos secos envasados y los productos para el hogar, aunque con una vida útil ligeramente inferior a la de los envases compuestos convencionales. Sin embargo, el coste aumenta considerablemente y estas soluciones solo abordan parcialmente los problemas de barrera, sin abordar aspectos como la resistencia al aceite, la luz y los productos químicos, lo que limita su aplicación en todo tipo de envases alimentarios.
En cuanto a las ventajas y desventajas de añadir EVOH o PVA para mejorar las propiedades de barrera, hemos probado ambos materiales. Si bien el PVA destaca por sus excelentes propiedades de barrera al oxígeno y se puede aplicar a diferentes sustratos con gran flexibilidad de procesamiento, sus desventajas incluyen baja resistencia al agua, susceptibilidad a la deformación y baja resistencia al calor. Por el contrario, creemos que añadir EVOH es más favorable. La tecnología de soplado de películas con EVOH está consolidada, y cuando los clientes requieren mayores propiedades de barrera, se puede añadir EVOH en medio de la capa de termosellado sin necesidad de un recubrimiento adicional. Su colocación en la capa intermedia reduce el impacto de la humedad, garantizando un rendimiento de barrera estable y una buena resistencia al calor.
En conclusión, los envases monomaterial actuales de PP o PE solo son adecuados para alimentos secos o detergentes líquidos. No cumplen con los altos requisitos de envasado, como la esterilización a alta temperatura o la resistencia química. Además, un problema importante de los monomateriales es su baja resistencia al calor, que no cumple con los requisitos de diferencia de temperatura, lo que afecta la velocidad de las máquinas envasadoras o llenadoras automáticas. Es necesario reducir significativamente la velocidad de envasado para alcanzar los objetivos de envasado.
2. Las empresas de embalajes flexibles deben centrarse en varios puntos clave del control de procesos al producir embalajes reciclables monomateriales:
1) Proceso de impresión: Prácticamente no se produce sobreimpresión debido a la deformación por tracción de los materiales, pero se requiere un equipo de impresión de alta precisión para garantizar una alineación de impresión precisa y un control de la tensión. Para nuestros materiales de PE, se pueden alcanzar velocidades de 250 a 300 m/min con equipos de impresión BOBST.
2) Proceso de fabricación de bolsas: El proceso de fabricación de bolsas es el más desafiante. Es necesario adaptar las máquinas para adaptarse a la tensión y la temperatura del envase monomaterial. Es necesario minimizar la tensión y reducir la velocidad de la máquina para minimizar el estiramiento del material. Reducir la temperatura de sellado e implementar procesos de sellado múltiple a baja temperatura para bolsas de PE/PE puede mejorar la calidad de fabricación. La diferencia de temperatura entre las capas interna y externa debe ser de al menos 30 °C para garantizar una fabricación correcta de la bolsa.
3) Posprocesamiento: El control de las técnicas de posprocesamiento, como las boquillas y válvulas de soldadura, también es crucial. Estos procesos requieren temperaturas más altas que la fabricación de bolsas, lo que exige una cuidadosa selección de materiales y ajustes en los procesos de soldadura.
3. Estudio de caso:
1) Embalaje reciclable mono-PE
Actualmente, utilizamos una estructura de BOPE/EVOH/PE en lugar de BOPA/PE. La capa exterior está hecha de PE resistente al calor y al estiramiento para la impresión, mientras que la capa de laminado utiliza materiales de alta rigidez y resistencia para garantizar la planitud y la resistencia de la bolsa. Esta solución es adecuada para diversos tipos de bolsas, como bolsas de sellado de tres lados, bolsas verticales con cierre hermético y bolsas con boquilla, que se venden principalmente en el mercado internacional. Se utilizan principalmente para envasar alimentos secos, frescos y congelados, productos de primera necesidad y envases ligeros.
2) Bolsas con boquilla Mono PP
Estas bolsas utilizan una estructura 100 % PP, con una capa exterior resistente al calor y la contracción, y una capa interior diseñada para termosellado a baja temperatura y resistencia al impacto. Son aptas para llenado en caliente y refrigeración, y poseen altas propiedades de barrera, lo que las hace ideales para envasar productos lácteos. El contenido del envase suele oscilar entre 70 g y 150 g, y los tipos de bolsa incluyen bolsas con boquilla vertical y bolsas con boquilla de sellado en los cuatro lados. Sin embargo, estas bolsas se encuentran actualmente en fase de pruebas a pequeña escala y aún no se han comercializado. Los principales desafíos radican en la resistencia al calor y la baja eficiencia de producción. Las bolsas con boquilla requieren una mayor diferencia de temperatura en la zona de la boquilla, de al menos 70-80 °C o incluso 100 °C, que el PP no puede alcanzar, lo que dificulta enormemente la producción.
3) Bolsa de embalaje mono de PP
Estas bolsas presentan una estructura 100 % PP, PP/PP o PP/MOPP/PP, utilizando monomateriales para cumplir con los altos requisitos de barrera. La capa exterior está hecha de PP con alta resistencia al calor, mientras que la capa interior está hecha de materiales con buena flexibilidad, resistencia al termosellado y resistencia al impacto, lo que garantiza que la bolsa cumpla con los requisitos del cliente. Se puede fabricar en varios tipos, como bolsa con cierre vertical, bolsa con cierre de cuatro lados y bolsa con cierre de fondo plano, con capacidades de 500 g a 3 kg.
Perspectivas futuras para los envases reciclables monomateriales:
Grandes marcas como Nestlé, Unilever y Kraft se comprometieron en el Foro Económico Mundial de Davos de 2018 a adoptar materiales reciclables o biodegradables para todos sus envases para 2025. La tendencia hacia la sostenibilidad ambiental, tanto a nivel nacional como internacional, ha impulsado a gobiernos y grandes marcas a adoptar envases reciclables monomaterial para promover el desarrollo de una economía circular. Sin embargo, aún existen numerosos desafíos técnicos sin resolver, lo que impide que los envases monomateriales sustituyan por completo a los materiales de laminación multicapa. Las soluciones actuales, como las que contienen EVOH para sustituir el papel de aluminio, aún enfrentan obstáculos tecnológicos, ya que solo abordan parcialmente los problemas de barrera al oxígeno y no pueden sustituir por completo las propiedades de barrera integrales del papel de aluminio.
Actualmente, los propietarios de marcas y las empresas de envasado se han decidido a desarrollar monomateriales, pero aún queda un largo camino por recorrer para su implementación real. A pesar de estos desafíos, empresas como la nuestra se comprometen a desarrollar soluciones que mejoren las propiedades de barrera y la resistencia al calor. Actualmente, estamos probando películas MDOPE, utilizando procesos de extrusión y mejorando y ajustando continuamente los procesos. Sin embargo, sin una normativa estricta, la aplicación de los envases monomateriales sigue siendo limitada, incluso en mercados extranjeros, donde se han promovido antes que en el mercado chino. Resolver los problemas de resistencia al calor y barrera es esencial para la adopción generalizada de los envases monomateriales.
Además de los desafíos técnicos, también existen preocupaciones económicas. Dado que el coste de los envases monomateriales suele ser al menos un 20-30 % superior al de los envases convencionales, lo que limita su desarrollo.
El desarrollo de envases monomateriales seguirá enfrentando desafíos y obstáculos tecnológicos, pero intensificar la investigación y el desarrollo de envases reciclables es un objetivo clave para el desarrollo futuro de LD PACK. Nuestro objetivo es lograr una adopción de envases monomateriales superior al 70 % para aproximadamente 2025. Deseamos sinceramente que LD PACK supere los obstáculos tecnológicos del desarrollo de envases monomateriales y se convierta en un referente en este campo.
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Artículo de: < PACKAGING FOREFRONT>,