Coextrusión de película soplada crece en diseño y automatización
Coextrusión de película soplada crece en diseño y automatización
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La coextrusión permite realizar en una etapa las operaciones que en laminación toman varias, a un costo muy superior. A pesar de que la coextrusión puede no igualar las altas propiedades de barrera de las laminaciones, en muchas aplicaciones el nivel requerido de protección contra la migración de sustancias y gases en los empaques puede ser atendido por las películas coextruidas. Los desarrollos que se están dando en materia de coextrusión de películas sopladas están permitiendo atender más casos de aplicaciones.
En el caso del empacado de jugos, se pueden emplear coextrusiones de cinco capas para formar bolsas en máquinas de formación llenado sellado. Las películas pueden tener espesores de aproximadamente 4 milésimas de pulgada, compuestas por un centro de un copolímero de etil vinil alcohol y con una capa de sellado en polietileno lineal de baja densidad. Esta estructura provee una buena integridad al empaque por su resistencia al rasgado. En la capa externa se puede emplear un colorante nacarado para dar un fondo con efectos especiales a la impresión que se aplica después. Otras características de las películas pueden incluir el sellado hermético de los pitillos o pajillas de beber, una vez que son introducidas por el usuario en la bolsa en el momento de beber.
Brampton Engineering Inc., de Ontario, Canadá, es una de los fabricantes de maquinaría para hacer películas sopladas coextruidas que ofrece una gran flexibilidad de operación. Esta compañía ya ha desarrollado dados de coextrusión hasta de 10 capas que ya están operando alrededor del mundo. El nuevo diseño de dado SCD (del inglés streamlined coextrusion die) ofrece un área de contacto con la resina muy pequeña, lo que significa que los polímeros no tienen tiempo de degradarse y, por otro lado, los cambios de órdenes son más cortos. Esto permite emplear una variedad de materiales que aportan más flexibilidad en la fabricación de películas de alta calidad. Muchos convertidores consideran que el dado es el corazón de una línea de fabricación de película soplada coextruida. Esto se debe a que en el dado se puede controlar el espesor de cada una de las capas de la película y de acuerdo con fuentes de este fabricante, su peculiar diseño del dado en forma de "panqueques" apilados permite fabricar películas de muy alta calidad. Una de las razones, con este diseño es posible obtener con facilidad variaciones de temperatura entre las capas adyacentes, algo que en otros diseños no se puede lograr a más de 10ºC, explica el fabricante.
Además de proveer el dado, Brampton fabrica la línea completa, por lo que el servicio y responsabilidad de la operación del equipo queda en manos de un solo proveedor. El anillo de aire, modelo Eliminator, 4+1 IBC y el oscilador vertical del arrastre garantizan una calidad superior de la película. El nuevo sistema de anillo de aire Eliminator está diseñado para mejorar la productividad en la fabricación de películas sopladas. Proporciona buena estabilidad y flexibilidad para manejar una amplia variedad de materiales con diferentes resistencias en estado fundido. El nuevo anillo de aire maneja burbujas con razones de soplado entre 1,5:1 a 5:1 y en estructuras hasta de 10 capas. Por otro lado, la compañía asegura que los resultados son reproducibles.
El sistema de control integrado Italycs (del inglés integrated temperature and line yield control system) de Brampton cubre la operación de principio a fin. Así, el operador puede visualizar en un sólo punto de observación lo que ocurre en la alimentación de los extrusores y, al mismo tiempo, el funcionamiento de los embobinadores. Por otro lado, el controlador suministra la historia de la operación de la máquina, que se guarda en una memoria de registros. En otros equipos, los controles están distribuidos a lo largo de la máquina, afirman representantes de Brampton. El sistema Italycs es fácil de usar, da un control total de la operación, suministra información de las velocidades de carga de los extrusores, sus rpm, etc., y las alarmas previenen sobre situaciones que requieren atención más inmediata.
En el caso de las laminas para jugos, la barrera de EVOH permite extender el tiempo de estantería de tres semanas a seis meses, porque esta resina disminuye apreciablemente el flujo de oxígeno hacia el jugo, evitando así su oxidación. El manejo de esta resina no es siempre fácil en los equipos tradicionales de coextrusión, sin embargo, los usuarios de los equipos de Brampton que emplean el nuevo diseño de dado han reportado arranques casi inmediatos con esta resina, un tiempo después de tener las líneas nuevas instaladas y en operación. Otras resinas que se pueden manejar con facilidad en estas líneas de coextrusión son el nylon 6 y el nylon 6/6.
Brampton Engineering Inc., ofrece ahora un nuevo diseño de toma de aire que permite tener un enfriamiento más efectivo en el interior de la burbuja, inclusive en los dados más pequeños de la industria, afirma el fabricante. El nuevo sistema entrega el aire a través de varios orificios que forman un ángulo con la salida de aire del sistema IBC, lo cual permite el manejo de un mayor volumen de aire. Brampton instaló el primer sistema en un dado de 7 pulgadas, para hacer películas de monocapa. En este caso, la entrega de aire se elevó a 700 pies cúbicos por minuto desde un valor de 300 pies cúbicos por minuto, con el que venía operando antes. En términos de masa, el aumento fue de 16 libras por minuto a 25 libras por minuto de aire. El sistema también ha elevado el flujo de aire en dados de 6 pulgadas de diámetro para extrusiones monocapa y coextrusiones de capas múltiples.
Junto con el nuevo sistema de enfriamiento, Brampton también ofrece ahora un nuevo diseño de dado pequeño, tipo cilíndrico, que puede producir películas a una velocidad de 28 libras por pulgada de circunferencia en el dado (1,6 kg por mm de perímetro de dado). Este dado es de particular interés para los productores de burbujas de diámetro pequeño, como ocurre en la fabricación de bolsas para basura y de uso pesado. El dado puede tener diámetros entre 6 y 10 pulgadas (150 mm a 250 mm).
Tradicionalmente los dados cilíndricos pequeños si cuentan con un anillo externo de aire pero no con un sistema de enfriamiento interno. Esto, porque generalmente los sistemas IBC no se puede ubicar con facilidad dentro de la burbuja, por falta de espacio. El nuevo dado usa una combinación de su Eliminator Air Ring y su nuevo modelo de enfriador interno con aire 4+1 IBC, lo cual llevó a garantizar un intercambio interno del aire que permite elevar la velocidad de producción de manera significativa. De acuerdo con las pruebas del proveedor, se logran productividades de 25 libras por pulgada de perímetro de dado (1,4 kg mm de perímetro de dado) cuando se opera con 100% de LLDPE. Esta productividad aumenta cuando la resina se mezcla con LDPE.
Para aquellos procesadores que tienen restricciones de altura libre en las plantas o que experimentan bloqueos internos de las películas, este dado puede ser equipado con el sistema IBC AntiBlock de Brampton. En este diseño de IBC el intercambio de aire ocurre en la parte superior de la burbuja, así como en el fondo. Esto aporta una mayor cantidad de enfriamiento antes de que la burbuja colapse. El resultado puede ser la eliminación del fenómeno de bloque o su reducción significativa, afirman representantes de Brampton. En consecuencia, los productores de burbujas de diámetro pequeño tienen la oportunidad de incrementar la velocidad de producción mediante el reemplazo de sus dados con el nuevo paquete de dado y sistema de enfriamiento de Brampton.
Un nuevo anillo de doble labio de Battenfeld Gloucester Engineering Co., Inc., de Gloucester, Mass., puede hacer burbujas tan estables que inclusive se pueden recuperar después de haber ocurrido una rotura que no haya causado el colapso de la película, afirma su fabricante. El nuevo anillo UltraCool de aire soporta sostiene la burbuja a una altura superior de lo normal empleando un cono de soporte superior de diseño propietario, a manera de tercer anillo. Este tercer anillo trabaja en conjunción con el anillo tipo iris de aire, de la misma compañía. Esta combinación se desarrolló originalmente para procesar películas muy suaves, como las de polietilenos metalocénicos, pero después se vio que también podía mejorar la estabilidad y reducir la tendencia a arrugas en la fabricación de películas de nylon, EVOH y HDPE. El anillo de aire UltraCool permite aumentar la productividad en un 30% y a la vez, lograr un 25% de mejor control en el espesor de las películas, afirman fuentes de Battenfeld. La primera unidad se fabricó a comienzos de este año y en el momento se construyen seis más para pruebas en un rango de 8 a 32 pulgadas de diámetro.
Un nuevo sistema de manejo automático de los rollos de Battenfeld Gloucester voltea los rollos terminados de película sobre una mesa de descarga, y simultáneamente carga los nuevos centros en el embobinador. Si el nuevo centro es muy largo o corto, actúa una alarma de aviso. El sistema puede ser operado para trabajar con centros de diferente espesor. El sistema puede ser instalado en cualquier unidad de la familia 1002 de embobinadores de superficie / centro, de la compañía. El sistema cuenta con su propio programa computarizado de operación y tiene una pantalla táctil para manejo por el operario.
Windmoller & Hoelscher lanzó una nueva línea para empaques flexibles mediante la cual se pueden fabricar películas de HDPE con una calidad excepcional. Entre los factores de calidad está la consistencia del calibre y la planitud, sin afectar la productividad. La línea pertenece a la serie Varex. El tornillo, modelo HPS, ha sido diseñado para trabajar con temperaturas bajas de masa fundida. El calibre a producir puede ser de 9 micrones o más bajo, lo cual es posible gracias a la homogeneidad óptima de la masa fundida. El corazón de la línea es el sistema de refrigeración interior y exterior en niveles, que es el resultado de un diseño totalmente nuevo, integrando un tubo para asegurar una compensación a través del caudal de aire interior. Este sistema de refrigeración hace posible controlar la longitud de la garganta de la burbuja.
Gracias a su diseño especial, los labios Dual Lip y el anillo de refrigeración automático MULTICOOL, aseguran paralelamente el soporte perfecto de la burbuja. El sistema de control de calibre OPTIFIL P2K no requiere mantenimiento y posibilita la producción de películas planas sin desperdicios por recortes laterales. Por otro lado, el control con tolerancias mínimas en el ancho de la burbuja también evita trabajar con corte en los bordes, en anchos de película hasta de 2200 mm. La línea puede operar con LDPE y LLDPE, debido a la optimización proporcionada por los sistemas OPTIFIL PLUS y el empleo de bloques estándar en la línea y en el sistema de tiro reversible. Solamente se requiere el cambio de la unidad de refrigeración interior y de los adaptadores del sistema de refrigeración exterior. De esta manera, se cubre en forma excelente un gran espectro de materiales, ofreciendo una flexibilidad alta que se adecúa a las necesidades del mercado.
Recientemente, Windmoller & Hoelscher hizo la primera demostración de una línea de alta productividad para coextruir películas de tres capas empleando anillos de aire en secuencia. El arreglo se hizo montando un anillo de aire de labio simple sobre el dado y otro anillo de aire de labios dobles 6 pulgadas más arriba. Estos anillos pertenecen a la serie Multicool (con el sistema IBC). El dado de 11 pulgadas de diámetro trabajó generando 35 lb/hr/pulgada (un total de 1200 lb/hr) contra 22 lb/hr/pulgada que podía lograr si se instalaba solamente un anillo de aire con labios dobles. La compañía sugiere emplear los anillos de aire en secuencia en las líneas de producción con dedicación específica y de gran volumen de fabricación. En este caso se puede instalar un dado de menor diámetro para obtener la película del mismo ancho ya que es posible tener dos razones de soplado. Esto quiere decir que el dado de 11 pulgadas con dos anillos de aire en secuencia puede lograr películas de 63 pulgadas de ancho, como lo explica la compañía. Aunque los anillos en secuencia como los de W&H han sido usados en Norteamérica durante los últimos 15 años con la protección de dos patentes de Macro Engineering & Technology Inc., W&H considera que no existe violación de las patentes en este caso y, por lo tanto, tiene la intención de mercadearlos globalmente.
De parte de Davis-Standard se recibe el informe sobre los avances realizados para mejorar su anillo de aire WestJet, que ahora se reintroduce al mercado con una versión automática, bajo el nombre de WestJet AutoPro. El modelo AutoPro ofrece un desempeño alto, igual que su predecesor, pero con la opción adicional de impartir un flujo de aire controlado que a su vez se refleja en un mejor control del calibre de la película, sin sacrificar la productividad de la línea. Davis Standard diseñó el nuevo sistema con una sola interfase con el operario, un control automático del espesor de película, una herramienta de análisis frecuente y con la aplicación de la tecnología de flujos segmentados de aire. En mayo del presente año, la empresa Mid South Extrusion, en Monroe, Lousiana, Estados Unidos, instaló por primera vez dos de estos anillos en su planta. De acuerdo con la compañía, se ha podido demostrar que el reemplazo a traído beneficios económicos a la vez que ha mejorado la calidad de los productos. El beneficio económico se ha dado a través del mejor control del calibre sin disminuir la productividad de las líneas.
El sistema WestJet AutoPro es capaz de mantener un nivel alto de productividad debido en parte a que no consume energía calórica, lo cual es una desventaja en los sistemas de control de espesor tradicionales. Por otro lado, es fácil de usar y permite hacer de manera flexible una variedad de productos con aplicaciones en bolsas y sacos, materiales de empaque, bolsas y envolturas para muebles, películas para textiles, películas de soporte para espumados y películas agrícolas. La reducción en la variación de calibre se ha disminuido en un 50% en la compañía Mid South.
Entre otras ventajas asociadas con el nuevo anillo de Davis Standard está la alta estabilidad de los flujos de aire, la posibilidad de acomodarse a dados oscilantes o a dados con labios dobles. Los anillos están disponibles para dados en el rango de 6 a 90 pulgadas de diámetro (150 mm a 2300 mm).
Reifenhauser ha aportado varios conceptos novedosos recientemente a la tecnología de extrusión de películas sopladas, que se ubican en las varias partes de una línea. Así, en cuanto al manejo de los materiales, ofrece optimización en el procesamiento de varios tipos de polietilenos, como el LDPE, LLDPE, HDPE y los ionómeros, así como en el procesamiento de materiales metalocénicos y de polipropileno. Varios de estos materiales pueden procesarse ahora sin necesidad de cambiar tornillo en el extrusor. Por su parte, las unidades de plastificación en los extrusores de Reifenhauser tienen ahora un recubrimiento en el barril y el tornillo basándose en HIP (del inglés hot isostatic pressing), que es un recubrimiento metálico de alta dureza, que prolonga la vida útil de los equipos.
Los dados para la coextrusión de películas sopladas han sido optimizados desde el punto de vista reológico. Se han reducido las longitudes de los canales de flujo de la resina fundida a un mínimo, lo que se ha manifestado en una mayor protección térmica de las resinas y tiempos menores de purga entre cambios de órdenes. Por otro lado, es posible hacer mezclas de compuestos para ubicarlas en las capas externas de las coextrusiones, debido a que calentadores en los dados permiten eliminar los efectos de fractura de la masa fundida, especialmente con LLDPE y compuestos metalocénicos. También está el mercado de las películas fabricadas con dados HDS apilados horizontalmente, tipo panqueque, los cuales se utilizan en las nuevas líneas FILMTEC para producir películas de barrera de hasta 7 capas.
El enfriamiento de las películas es muy importante porque contribuye de manera especial a la calidad del producto. Los anillos de aire dobles y los sistemas de enfriamiento interno de Reifenhauser ofrecen alta estabilidad y productividad. Todos los dados de esta compañía están equipados con sistemas de intercambio de aire. Gracias al anillo de aire patentado REIcoflow y al control opcional REIcotherm en el dado, las variaciones de espesor en las películas se reducen a un valor mínimo. A su vez, el manejo de la burbuja y el colapsamiento de la misma son diseñados en Reifenhauser de acuerdo con las necesidades individuales de los usuarios. Tanto la longitud como el número de elementos en la canasta estabilizadora están determinados por el producto y sus dimensiones. Dependiendo de estos requerimientos se acondicionan los rodillos de fibra de carbono, los rodillos de cepillo y los demás elementos de la unidad que dimensiona la burbuja, para asegurar un óptimo de calidad.
La barra para la voltear la película, REIcofly, ofrece la posibilidad de trabajar con películas pegajosas, así como con aquellas que son sensibles en la superficie, sin ningún inconveniente. Para los requerimientos que se especifican especialmente en los procesos de coextrusión de capas múltiples, Reifenhauser promociona el embobinador de propósito general UFA III. La unidad está diseñad modularmente y es apropiada para hacer embobinamientos de diferentes modos, gracias a su nueva tecnología de acción servo. Así, las presiones de contacto más leves o las tensiones más débiles, representan un problema de producción con esta unidad de embobinamiento. El embobinamiento hacia delante o hacia atrás, y la transferencia sin cintas adhesivas son dos de las opciones útiles que se encuentran entre los accesorios de esta nueva tecnología de embobinamiento.
La automatización de la línea se realiza de acuerdo con los requerimientos del cliente y con las especificaciones de los diversos componentes que se instalen en ella. La línea de propósito general de hasta tres capas puede producir películas de 15 a 250 micrones, a anchos hasta de 1600 mm, con velocidades de producción hasta de 130 m/in y de 350 a 400 kg/hr.
Reifenhauser recientemente lanzó al mercado el modelo BF3067GP, una línea de propósito general también de tres capas, pero que tiene una capacidad de 1000 lb/hr cuando produce mezclas de LDPE/LLDPE. Esta línea viene equipada con el último diseño de embobinador UFA III, dice la compañía. Los extrusores son dos de 60 mm y con longitudes de 30:1, de barril acanalado en la zona de alimentación; y un extrusor de 80 mm, de longitud 30:1. Los marcos de colapsamiento permiten trabajar con PP o PE, HD y metalocenos.
Es de interés conocer el pensamiento de Reifenhauser con respecto a las estrategias de mercadeo que prefieren practicar. La compañía ha manifestado su intención de no solamente hacer énfasis en la venta de líneas completas sino también en la venta de componentes, entre los que se incluyen los extrusores, los dados para película soplada, los embobinadores y sistemas de control de calibre. Entre los productos claves a mercadear están las líneas de extrusión de película soplada de una a siete capas. Reifenhauser considera que existe un mercado relativamente grande en este sector de los empaques y que se amolda a capacidad tecnológica y experiencia de la compañía. De acuerdo con fuentes del VDMA, se estima que la participación de La compañía en el mercado de películas sopladas se incrementó del 16,2% en 1998 a 21,5% en el 2000.
Un mercado de interés particular es el de las películas respirables que son fabricadas con compuestos de poliolefinas. En este caso, se emplea el extrusor de tornillos gemelos REItruder. Mirando hacia atrás, por más de 10 años las películas respirables fueron desarrolladas sobre la base de que los rellenos minerales se pueden mezclar con los polímeros termoplásticos. Durante algún tiempo, estos materiales compuestos se han venido produciendo por laminación y procesos convencionales de recubrimiento por extrusión con el objeto de combinar propiedades de resistencia mecánica con las de suavidad al tacto. Las películas respirables han sido fabricadas en procesos que toman tres etapas: producción del material no tejido, producción de la película por soplado o por cast y la laminación de las dos películas mencionadas. El peso básico de las películas respirables puede ser hasta de 135 g/m2 y se aplican en el mercado de los artículos sanitarios, construcción, textiles, etc.
Para la producción de las películas respirables se emplean líneas de soplado convencional o de cast, seguidas de unidades de estiramiento. Las unidades monoaxiales de Reifenhauser son una alternativa razonable para los sistemas biaxiales.
Kiefel está expandiendo globalmente su mercado para la nueva serie Kirion de líneas de soplado de películas. Una línea de monocapa con un extrusor de 100 mm de diámetro puede producir películas de LDPE y LLDPE en anchos hasta de 1600 mm, para aplicaciones como las bolsas para panadería. Una línea como la mencionada puede fabricar 400 kg/hr de película de alta calidad, en donde se obtienen tolerancias ajustadas gracias a la acción de su labio regulado térmicamente. La línea también puede contar con una barra ZeroTouch de volteo de la película, la cual no genera ralladuras.
Las líneas Kirion son modulares y están disponibles para producir películas mono y multicapa, hasta 7 capas. Las aplicaciones son amplias: desde películas de HDPE para bolsas de camisas hasta las películas complejas de barrera para empaques flexibles, que se emplean en las industrias de alimentos, médica, etc. El ancho de las mismas puede extenderse hasta 3300 mm. Kiefel ofrece un amplio rango de embobinadores a través de la compañía subsidiaria Wintech Winding Technology. Los extrusores están disponibles en tamaños de 30 a 120 mm de diámetro y los dados en diámetros de 80 a 700 mm. Esta tecnología será demostrada en la próxima feria NPE del 2003, en Chicago, del 23 al 27 de junio. Aquí, estará en demostración un nuevo sistema de halado diseñado para mantener planos los rollos de película y para reducir el rallado en la misma. El sistema consiste de dos rodillos con cerdas de nylon que ayudan a disminuir la transferencia de calor y por lo tanto permiten controlar los efectos de deformación y curvado de las películas. Estas cerdas también ayudan a evitar el rallado de las películas y trabajan muy bien con superficies pegajosas.
El crecimiento del mercado para películas de 3, 5 y 7 capas está siendo atendido por los conceptos modulares de diseño de Kiefel. El mercado ha crecido particularmente en el sector de 5 y 7 capas con requerimientos para barrera, utilización de material reciclado en el centro de películas y el ahorro de materiales especiales y costosos mediante el empleo de capas más delgadas. Por esta razón, los convertidores que trabajan hoy con películas de 3 capas cada vez más se dan cuenta de la conveniencia de pasar a 5 o 7 capas. Kiefel cuenta ahora con ventas del 60% dirigidas hacia el mercado de películas de multicapas y observa una tendencia hacia el 70% de sus ventas de la serie Kirion.
Más soluciones
El Centro de Soluciones para el Cliente de Eastman Chemical posee equipos de última tecnología para duplicar las líneas de los clientes y sus condiciones, para resolver problemas de producción. El Centro tiene ahora una línea de soplado en multicapas, equipada con siete extrusores para producir estructuras hasta de siete capas. El dado tiene 8 pulgadas de diámetro y fue construido por Battenfeld, así como la canastilla de la burbuja. Esta es enfriada internamente para mejores resultados en la fabricación de películas con resinas de Eastman y otras de EVA, EVOH, nylon y poliéster.
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