Lo último en barrera para envases

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Lo último en barrera para envases
La barrera en los envases es un factor clave en el desempeño que estos pueden tener en su función como protectores primarios del producto que contienen. Dependiendo de las características de barrera de las resinas plásticas, una u otra se selecciona para la fabricación de los envases. Sin embargo en la actualidad, con el desarrollo de nuevas tecnologías tanto a nivel de materias primas como de proceso, es posible obtener materiales con baja permeabilidad a ciertos gases, partiendo de resinas que inicialmente no tenían esta propiedad; por ejemplo, envases de PET con barrera al oxígeno.

Este tipo de tecnologías, que van desde el desarrollo de materiales compuestos hasta tecnologías de múltiples capas y tratamientos de superficies, permiten ampliar el espectro de posibilidades a la hora de seleccionar un material para diseñar un envase, lo que posibilita aprovechar al máximo otras propiedades de dichas resinas y disminuir costos al reemplazar materiales. Es el caso de los envases de vidrio, que con estos nuevos desarrollos tienden a desaparecer por sus desventajas de peso y fragilidad frente a los envases plásticos.

Los desarrollos encaminados a modificar las propiedades de barrera de las resinas se basan en dos tecnologías claramente definidas: los sistemas multicapa y los tratamientos de superficie.

Tratamientos de superficie
Los tratamientos de superficie consisten, básicamente, en aplicar una delgada capa de recubrimiento en el interior o el exterior de las botellas después de que estas han sido fabricadas. Este recubrimiento brinda la barrera al gas que se desea. El desarrollo de esta tecnología se ha realizado pensando, fundamentalmente, en mejorar las propiedades de barrera del PET, que es uno de los materiales más utilizados en el envase de bebidas carbonatadas por su alta barrera al CO2, pero que ha visto limitada su participación en otros mercados, como el de los jugos o la cerveza, por su alta permeabilidad al oxígeno.

Las principales tecnologías de recubrimiento que actualmente se encuentran en el mercado son:

Actis (Amorphous Carbon Treatment on Internal Surface), es una tecnología de plasma en frío, desarrollada por el grupo francés Sidel. Actis se basa en el empleo de acetileno, que por medio de microondas, se convierte en plasma y deposita un capa de carbón de aproximadamente 0.15 micrometros en el interior de las botellas. Este recubrimiento aumenta la barrera al CO2 del PET 7 veces, y la barrera al oxígeno 30 veces. Actis viene en dos versiones: Actis y Actis Light. La primera se utiliza en aplicaciones en la industria cervecera y la segunda en jugos, té y otras bebidas. La velocidad de fabricación de las botellas con esta tecnología es de 10.000 botellas por hora y se espera que pronto se duplique. De acuerdo a los portavoces de Grafco PET Packaging Technologies, la empresa encargada de comercializar las botellas con tecnología Actis, estas pueden llegar a costar entre un 20 y un 25% menos que las botellas multicapas.

Utilizada en más de 3 mil millones de envases, Bairocade es una de las tecnologías de recubrimientos más comercializada en los Estados Unidos. Esta tecnología, desarrollada por PPG Industries, emplea un spray electrostático para aplicar una capa de material epoxy-amino en el exterior de las botellas. Después, las botellas se curan en un horno infrarrojo. PPG asegura que Bairocade puede triplicar el tiempo de vida de algunos alimentos por su excelente barrera el oxígeno, CO2 y otros gases; y que además este recubrimiento es capaz de soportar procesos de pasteurización y llenado en caliente, entre otros. Bairocade viene en tres formulaciones: una para bebidas carbonatadas suaves, que mantiene el CO2 en el interior de las botellas; otra para jugo, que evita que el oxígeno atraviese el envase; y la última para cerveza, que combina las propiedades de las otras dos. La velocidad de tratamiento de las botellas con esta tecnología es de aproximadamente 45.000 botellas por hora, y el recubrimiento se puede remover fácilmente con los procesos de limpieza actuales de las botellas de PET. De acuerdo con Mike Gajdzik, Gerente General de mercadeo y ventas, las botellas fabricadas con Bairocade cuestan lo mismo que las botellas multicapa con barrera pasiva y presentan una ventaja económica frente a las botellas multicapa con barrera activa.

SIG, la compañía líder en la fabricación en envases de PET, no se ha quedado atrás en este tipo de desarrollos y en el 2003, en Japón, lanzó al mercado, Plasmax, en conjunto con Schott HiCotec . Plasmax es un sistema que permite realizar el recubrimiento interno de las botellas de PET con una delgada capa de vidrio. Esto se logra a partir de la tecnología PICVD, Plasma Impulse Chemical Vapour Deposition, que crea un plasma de silicato dentro de las botellas y deposita una ligera capa de este compuesto en el interior de las mismas. Este recubrimiento de vidrio no sólo permite aumentar la barrera a los gases, sino que también les brinda más resistencia, pues combina de manera óptima las propiedades del vidrio y el PET. En Septiembre de 2004, SIG y Schott HiCotec AG crearon oficialmente SCHOTT SIG Barrier Technologies GMBH, cuyo objetivo principal es desarrollar nuevos métodos de recubrimientos de plasma y proveer todos los componentes de PICVD para aplicaciones de empaques. Sin embargo, esto no sólo se limita al segmento de PET, sino que también busca cubrir envases fabricados en otro tipo de materiales como en polipropileno y polietileno.

Por otro lado, Micro-coating Technologies ha desarrollado otro sistema de recubrimiento, el Combustion Chemical Vapour Deposition (CCVD), empleado también para tratamiento de superficies en envases rígidos. Este sistema disuelve el material que se va a depositar en un combustible que luego se atomiza y se evapora, haciendo que el recubrimiento reaccione y se deposite sobre las paredes del envase. Con este sistema se pueden utilizar distintos materiales de recubrimiento, entre ellos nanomateriales y metales, sobre diferentes superficies. Los voceros de Micro-coating Technologies aseguran que estos sistemas de recubrimientos son mucho más sencillos que otros disponibles en el mercado, pues son abiertos a la atmósfera y no emplean hornos ni sistemas de curado.

Finalmente, otras tecnologías de recubrimiento reconocidas son Glaskin de Tetra Pak y BestPET de Krones. Glaskin, al igual que Plasmax, aplica un recubrimiento de vidrio al interior de las botellas, pero utilizando un sistema de microondas. Este sistema actualmente es utilizado con éxito en envases de cerveza, en países como Dinamarca, Alemania y Francia. BestPET, por otro lado, también emplea un recubrimiento de vidrio pero al exterior de las botellas. Esta tecnología, desarrollada en conjunto con Coca-Cola Corp. inicialmente para envase de bebidas carbonatadas suaves, puede recubrir hasta 20.000 botellas por hora, y ser utilizada para envase de cerveza, jugos, o bebidas envasadas en caliente.

Sistemas Multicapa
La tecnología de los sistemas multicapa se basa en el empleo de resinas con altas propiedades de barrera, junto con otras resinas que tengan las propiedades ópticas y estructurales que el empaque necesita. Cada una de estas resinas se coloca como una capa, formando así un envase rígido con múltiples capas, cada una con una función diferente.

Una de las formas de proveer el PET con barrera al oxígeno es crear estructuras sándwich PET/Resina(s) de barrera/PET. El material que se utiliza en medio de las capas PET puede comprender resinas como el EVOH ó nylon (impermeables al O2), nanocompuestos (resinas poliméricas reforzadas con nanoarcillas), resinas con absorbedores de O2(materiales que consumen o atrapan el O2) o mezclas de todas estas opciones. La barrera que brindan las resinas impermeables y los nanocompuestos son de acción pasiva (por medios físicos), mientras que la barrera que producen los absorbedores se conoce como de acción activa (por medios químicos).

Kortec Inc. es una de las empresas líderes en la fabricación de sistemas de co-inyección para envases multicapa de PET. Con su serie Ultra de equipos de co-inyección, es capaz de fabricar envases de 3 y hasta 4 capas a las mismas velocidades a las que se fabrican envases monocapa, compitiendo así hombro a hombro con los sistemas de recubrimientos. Estos envases pueden ser diseñados para soportar ciclos de pasterización, prevenir de-laminación y ser reciclados.

Los sistemas de múltiples capas pueden integrar el número de capas que se desee, siempre y cuando el proceso utilizado así lo permita. Para este fin, DevTech Labs, una compañía de tecnología de botellas de PET, está diseñando un sistema híbrido que permita realizar ciclos de co-inyección y moldeo, para lograr la aplicación de seis a nueve capas.

Otras compañías ofrecen sistemas multicapas a partir de sistemas de inyección secuencial e inyección continua, al igual que DevTech Labs, y Kortec. Dentro de estas se encuentran Continental PET Technologies y DPL en el primer grupo, y American Nacional Can y Schmalbach Lubeca en el segundo, entre otras.

Empresas proveedoras de envases, como Owens-Illinois y Constar Internacional, ya ofrecen una amplia gama de envases diseñados a partir de estos sistemas multicapas. Constar Internacional ofrece su línea de envases Star-Shield, que utiliza barreras activas o pasivas dependiendo de la aplicación. Por su parte, Owens-Illinois con su línea Sur-Shot también ofrece envases fabricados con la tecnología de co-inyección desde 1993, y actualmente fabrica más de 300 millones de preformas al año para aplicaciones en cervezas, salsas, bebidas, y más.

Pero, ¿qué tipos de resinas son las que hacen posible que los sistemas de múltiples capas en envases rígidos sea una realidad palpable, eficiente, sencilla y económica? Pues bien, como mencionamos anteriormente, la variedad es amplia, tanto en resinas puras como en materiales compuestos.

Dentro de las resinas puras más comúnmente utilizadas para brindar barreras al oxígeno están el EVOH y los nylons. Eval Co ofrece diferentes tipos de EVOH, con distintos niveles de barrera de acuerdo a la aplicación y proceso de manufactura que se requiera, a precios altamente competitivos. Por su parte, Mitsubichi Gas Chemical (MGC) produce resinas de nylon MXD6 transparentes y de alta barrera, también utilizadas para este fin. Incluso, materiales biodegradables como el ácido poliglicólico, PGA, también han probado aumentar hasta en 10 veces la barrera de envases de PET multicapa que utiliza nylon MXD6 amorfo, y por lo tanto han entrado a competir con estos dos. Este material es comercializado por la empresa japonesa Kureha Chemical Industry Co. Ltd, y a diferencia del EVOH, su desempeño no decrece en ambientes de alta humedad. El PGA presenta otras ventajas, como un punto de fusión muy cercano al del PET, lo que los hace aún más compatibles, y permite tener ciclos de fabricación más cortos; pero, su desventaja competitiva es el precio.

Sin embargo, más que las resinas puras, los materiales reforzados, especialmente con nanoarcillas y absorbedores de oxígeno, han tomado la delantera en el campo de las resinas de barrera por ser más eficientes a la hora de ofrecer impermeabilidad a gases. Las arcillas nanométricas aumentan la barrera a los gases ya que sus pequeñas estructuras laminares entorpecen el paso del gas a través de la resina, disminuyendo así la velocidad con que éste la penetra. Por otro lado, los absorbedores son materiales que consumen el gas que desea atravesar la resina, y por lo tanto, nunca lo hace. Estos absorbedores pueden ser hierro ferroso, ácido ascórbico, o marcas registradas como Oxbar de Crown (utilizado por Constar en sus envases con barrera activa) o EMCM de Chevron.

Con esto en la mira, Mitsubishi Gas Chemical (MGC), en asociación con Nanocor, empresa líder en la fabricación de nanoarcillas, ofrecen un nuevo material llamado Imperm que presenta una excelente barrera al oxígeno y al CO2. Imperm es el resultado de la mezcla de nylon MXD6 con una arcilla nanométrica de Nanocor. Las excelentes propiedades de Imperm lo hacen ideal para el uso en envases de cerveza y debidas carbonatadas suaves, e incluso para otras aplicaciones distintas a las de envase de alimentos, como tanques de combustible, donde otro tipo de barrera es requerida.

Otra empresa que se encuentra a la vanguardia de los materiales compuestos con absorbedores de oxígeno es Honeywell, quien ofrece toda una familia de resinas llamada Aegis, hechas de nylon 6 y absorbedores de O2 que cubre todo el espectro de barrera para la aplicación de empaque de alimentos en botellas plásticas. Las botellas multicapa de PET, fabricadas con Aegis, presentan prácticamente una transmisión nula de oxígeno por largos periodos de tiempo, dependiendo del espesor de la capa de barrera. El espesor de la capa de Aegis oscila generalmente entre 25 y 75 micrómetros y la barrera que proporciona es comparable a la del vidrio. Esta resina es compatible con los sistemas convencionales de co-inyección y presenta una resistencia superior a la delaminación.

Un paso más adelante
Aunque todas estas tecnologías permiten la utilización de resinas plásticas, especialmente PET, en aplicaciones donde la barrera al oxígeno es clave para la preservación de los productos, no cabe duda que el ideal es poder fabricar envases monocapa que brinden toda esta barrera a un precio razonable. Pues bien, esto también es una realidad, y la industria se empieza a cuestionar si la aparición de estas resinas monocapa es el adiós de los tratamientos de superficie y los sistemas multicapa.

La aplicación más tangible de estos desarrollos es ActiTUF, desarrollado por el Grupo M&G y actualmente utilizado en el envase de cerveza en países como Rusia, Bélgica, Rumania, Bulgaria y Corea del Sur. Esta resina a base de PET cuenta con aditivos de barrera pasiva y activa, fabricados por el mismo grupo, que le permite ofrecer una barrera similar a la del vidrio. ActiTUF puede ser utilizado en los equipos de moldeo por soplado de PET convencionales y por supuesto, trae todas las ventajas funcionales y económicas asociadas a esta propiedad.

Aunque esto es sólo una primera aproximación a este nuevo tipo de material, que hasta ahora está proliferando en aplicaciones en Europa Oriental y Asia, hay que estar atento al rumbo que tomen las nuevas tecnologías, pues las alternativas están sobre la mesa, y evidentemente el mercado se encaminará hacia aquella que ofrezca mejores beneficios tanto funcionales como económicos.

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