Oportunidades de diseño empleando coextruidos en microcapas

Los coextruidos en microcapas pueden contener desde decenas hasta cientos de capas de materiales plásticos intercaladas en la misma estructura. Y para lograr esto no se debe recurrir a máquinas con el mismo número de coextrusores incorporados sino que se emplea un sistema mecánico de multiplicación de las capas. Se puede comenzar con, por ejemplo, tres coextrusores en la máquina y llegar a decenas de capas. En esencia, el procedimiento mecánico de multiplicación de las capas incluye el corte longitudinal de la estructura multicapa y la superposición de los cortes en forma progresiva, como se ilustra en la figura.

Las aplicaciones en empaques están siendo dirigidas a desarrollar envases de barrera en los cuales se multiplica el número de capas de EVOH de tal manera que la estructura final contiene decenas de microcapas de EVOH en lugar de una capa monolítica del mismo material. Este, al estar distribuido en varias microcapas (que suman el mismo espesor total), ofrece una mayor flexibilidad en los procesos de formación y, lo que es muy llamativo, una tasa de transmisión de oxígeno que es de un 40% a un 60% menor que la que se puede tener con una capa monolítica de EVOH. Los principales beneficios de esta innovación se verán en los empaques retortables y de llenado en caliente flexibles y rígidos termoformados; para el envasado por ejemplo de carnes y alimentos en forma de bolsas autoparables, empaques flexibles de llenado al vacío y rígidos termoformados. En los envases de barrera y retortables termoformados flexibles y rígidos, las multicapas de EVOH resuelven una gran preocupación que se refiere a la integridad de la capa de barrera en las esquinas, ya que éstas se pueden formar ahora sin fallas de calidad debido al cubrimiento de una capa con otra y a la mayor flexibilidad de la microestructura de las multicapas de EVOH; comparada con aquella de la monocapa del mismo material con un calibre total igual, que es más rígida y frágil.  Los visitantes de la Feria K podrán comprobar estos resultados en el exhibidor de EDI, empresa fabricante de dados, feedblocks y ahora de multiplicadores de capas. Otra empresa que igualmente está trabajando en este campo es Cloerent y que también estará presente en la Feria K.

Otro campo de aplicación de las microcapas múltiples ocurre en la fabricación de las películas estirables diseñadas para la envoltura de pacas y estibas. Un nuevo tipo de película se está fabricando empleando los mismos feedblocks y dados convencionales pero adicionando esta vez un equipo multiplicador de capas. La resina usada, por ejemplo, por la empresa AFP de Estados Unidos, es LLDPE en todas las capas. Las propiedades mecánicas resultantes de la nueva película son superiores a las de las películas tradicionales; así por ejemplo, la resistencia última a la tensión es un 50%. Las resistencias de soporte y de rasgado en la dirección transversal de la nueva película son también superiores.

Otra aplicación que ha llevado al diseño de un nuevo tipo de material de barrera para empaques es el resultado de un trabajo en la Universidad de Case Western Reserve de Ohio. En esta aplicación se combinan ingeniosamente la extrusión de microcapas múltiples con el proceso de inyección. La coextrusión de microcapas múltiples, con espesores en el orden de los nanómetros, se usa como una herramienta para crear láminas intercaladas de materiales como el polipropileno y el nylon 66. De esta manera se logra una gran fracción volumétrica de laminillas de nylon dispersas en polipropileno cuando la coextrusión se lleva a la máquina de inyección y se procesa a una temperatura intermedia entre los puntos de fundición de estas dos resinas (las laminillas de nylon no se funden). La diferencia entre estos puntos de fundición es de aproximadamente 60ºC, permitiendo una ventana de operación en el proceso de inyección lo suficientemente amplio para que el polipropileno se funda y pase a ser la matriz de las laminillas de nylon, que se mantienen en estado sólido. Las laminillas conforman así caminos tortuosos para la transmisión de oxígeno, dando como resultado incrementos en las propiedades de barrera del orden de 4 a 5 veces el que se puede alcanzar con las mezclas totalmente fundidas de estas dos resinas. De esta manera se puede entonces inyectar envases de barrera superiores al oxígeno a partir de polipropileno y nylon.