Biopolímero de recubrimiento por extrusión con "encapsulación de borde" aumenta la velocidad de la línea y reduce el peso del recubrimiento

Las tecnologías que desarrollaron SAM North America, LLC y Nordson Corporation hicieron posible aumentar el rendimiento y reducir el peso del recubrimiento en el recubrimiento por extrusión de biopolímeros como PLA al encapsular los bordes del recubrimiento con polietileno de baja densidad (Low-density polyethylene, LDPE).

Mientras que la coextrusión tradicional produce dos o más materiales en capas horizontales, los insertos de encapsulación especiales desarrollados por Nordson para sus bloques de alimentación de coextrusión, hacen posible extruir material adicional por cualquiera de los bordes de esta estructura horizontal. Al utilizar esta técnica, SAM North America encontró que al encapsular una coextrusión de PLA con bordes de LDPE, se hace posible compensar las deficiencias del PLA, en particular su baja resistencia a la fusión, que limitan la estabilidad de su cortina de fusión, radio de reducción, velocidad de la línea y el peso del recubrimiento.

“Al utilizar la encapsulación de borde con LDPE en nuestra línea piloto, logramos velocidades de línea en exceso de 1200 fpm (366 mpm) con PLA, en contraste con los menos de 600 fpm (183 mpm) con PLA solo”, afirmó Ed Lincoln, Vicepresidente de ventas de extrusión de SAM North America. “Hemos visto que se reduce el peso del recubrimiento de 16 gsm a menos de 10 gsm”.

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La alta resistencia a la fusión del LDPE ha hecho que este polímero sea, por mucho, el más usado para el recubrimiento de extrusión. “Para los procesadores que desean reemplazar una porción de su uso de LDPE con biopolímeros, el obstáculo principal es que su baja resistencia a la fusión causa angostamiento extremo e inestabilidad de los bordes en las velocidades de línea deseadas”, dijo Sam Iuliano, Jefe de tecnología del negocio de cabezal de extrusión y bloque de alimentación de Nordson EDI®. “Al introducir un material con alta resistencia a la fusión en cada borde de la cortina de fusión, la encapsulación de los bordes minimiza las limitaciones del procesamiento que poseen muchos biopolímeros”. 

El angostamiento es la tendencia de la red del polímero a volverse más estrecha, mientras que se aplica tensión cuando sale del cabezal. El resultado es un cúmulo de materia a lo largo de los bordes de la red o “gránulos del borde”, que luego se debe cortar como desperdicio. Para asegurar que estos gránulos del borde están hechos del polímero de menor costo en la estructura coextruida, Nordson desarrolló insertos de bloque de alimentación ajustables, los cuales aplican un flujo del polímero de menor costo solo a los bordes de la estructura. Luego se distribuyen los materiales combinados al grosor del objetivo final en el canal de flujo o colector del cabezal.

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Mientras que los insertos de encapsulación se pueden instalar de manera fácil a los bloques de alimentación EDI existentes, Nordson ofrece nuevos cabezales EDI equipados con el sistema de bastidor EPC™, el cual se puede ajustar para reducir la formación de gránulos del borde, y equipados también con un sistema de flujo de fusión, en el cual el polímero de encapsulación de los bordes se aplica en el cabezal y no en el bloque de alimentación. El puerto para aplicar el polímero de encapsulación se mueve en conjunto con el mecanismo del bastidor.  

“Al aplicar el polímero de encapsulación en este punto del proceso, se define mejor la interfaz entre dicho polímero y la estructura central y se reduce el solapamiento de transición entre el material de encapsulación y el material del biopolímero”, dijo el Sr. Iuliano. “El cabezal limita la formación de gránulos del borde y reduce la cantidad de recortes del mismo”.

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SAM North America desarrolló técnicas de coextrusión para encapsular estructuras de biopolímeros con LDPE, las cuales permiten un cambio rápido entre el recubrimiento convencional y el recubrimiento de biopolímero. Esta tecnología aborda la amplia diferencia de propiedades de procesamiento entre los dos materiales. Andy Christie, directora general de SAM North America, presentará la tecnología en la Conferencia de Extrusión de 2021, del 21 al 23 de septiembre en el centro de convenciones Donald E. Stephens, Rosemont, IL.