A continuación revisamos la última parte de las resinas utilizadas en soplado de películas.
Tradicionalmente, el polipropileno (PP) se ha sintetizado a partir de monómero de propileno por un método similar al utilizado para HDPE. Dado que esta técnica produce un patrón muy regular a lo largo de la cadena, el PP es capaz de cristalizar. Debido a que el monómero de propileno es ligeramente más grande que el monómero de etileno (el monómero se llama una "unidad de repetición" una vez que se incorpora como eslabones en la cadena, Fig. 1), la estructura cristalina PP es algo diferente de la estructura cristalina de PE y tiene un punto de fusión más alto. Además, el PP es generalmente más fuerte y rígido que el PE. Por lo tanto, se puede utilizar en aplicaciones que requieren una temperatura de uso más alta y más resistencia. Algunos ejemplos son las bolsas médicas que se pueden resistir el proceso de autoclave, los revestimientos de tambor líquido caliente y las películas para materiales de construcción.
Recientemente muchos nuevos grados de polipropileno se han sintetizado utilizando la tecnología de metaloceno, similar a la utilizada para el etileno. Esto ha ampliado la gama de ofertas de propiedades en áreas como rigidez, resistencia al impacto, punto de fusión y claridad. Hay conjuntos de propiedades adicionales disponibles en copolímeros PE/PP, materiales sintetizados con monómeros de etileno y propileno. Estos encuentran muchas aplicaciones en envases de alimentos debido a su buena claridad resultante de la baja cristalinidad.
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Figura 1. Una unidad de repetición de polipropileno contiene un grupo metilo en lugar de un átomo de hidrógeno.
Aparte de un perfil de temperatura potencialmente más alto (temperatura de fusión a 330 oF, 165 oC), el PP es similar en facilidad al procesamiento de PE. Ambos materiales son térmicamente estables en comparación con otros polímeros, no requieren secado, y disminuyen la viscosidad fácilmente a velocidades de tornillo más altas (adelgazamiento de cizallamiento). Una excepción notable, sin embargo, es que el PP generalmente tiene un punto de fluencia más bajo que el PE, particularmente en comparación con el LDPE. En el procesamiento de película soplada, esto puede conducir a dificultades con la estabilidad de la burbuja. PP se puede utilizar tanto en películas especiales mono capa como dentro de una estructura coextruida multicapa.
El poliéstireno (PS) generalmente se sintetiza mediante un método que produce un patrón irregular a lo largo de las cadenas de polímeros (Fig. 2), evitando así la cristalización. Dado que el polímero resultante es completamente amorfo (temperatura de transición vítrea a 210 oF, 100 oC) y posee una excelente claridad. Esto, junto con su alta resistencia y bajo costo, son las propiedades comerciales más importantes de PS.
Sin embargo, debido a que las cadenas son muy rígidas, posee un nivel perjudicial de fragilidad. Las películas PS pueden agrietarse fácilmente cuando se doblan y las pequeñas imperfecciones, como los geles, causan fácilmente desgarros que se propagan rápidamente. Por esta razón, PS generalmente se mezcla con cierta cantidad de modificador que contiene caucho, como el copolímero de estireno-butadieno. Aunque a niveles más altos el aditivo de caucho puede reducir la claridad, hace que las películas PS sean mecánicamente más resistentes y fáciles de procesar. Aún así, el procesamiento de película soplada de PS es significativamente más difícil que el PE.
A pesar de que PS se enfría más rápidamente que el PE, por lo general se procesa a una velocidad mucho más baja porque la película es sensible a los daños. Se debe tener cuidado para garantizar un buen filtrado del fundido para que los contaminantes no causen roturas de burbujas. Además, los equipos de bobinado y corte deben diseñarse y funcionar de tal forma que se eviten los arañazos y agrietamiento de películas.
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Fig. 2 Representación esquemática de una molécula de poliestireno
Las aplicaciones para películas PS de una y varias capas incluyen envases de alimentos y dulces, envolturas de regalo y ventanas de sobres con alta claridad. Debido a la capacidad de las películas PS para permitir que el gas (como el aire) se permee a través de ellas, particularmente con mayores concentraciones de caucho, se han utilizado en envases de producción transpirable que proporcionan una maduración continua del producto en los estantes de las tiendas.
El acetato de vinilo de etileno (EVA) es un copolímero de polietileno. Es similar en química a PE, pero tiene algún porcentaje de acetato de vinilo (VA) incluido a lo largo de las cadenas (Fig. 3). La cantidad de VA que se incluye, generalmente entre un 5 y un 20%, depende de las propiedades deseadas del polímero. VA añade polaridad, o adhesión, al polímero y, por lo tanto, mejora la compatibilidad del polímero con los rellenos y da las propiedades adhesivas del polímero. La mayoría de las aplicaciones de película soplada que utilizan EVA lo hacen como capas en productos coextruidos, como envases para alimentos y electrónica.
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Fig. 3 Representación esquemática de una molécula de Acetato de Vinilo de Etileno
El alcohol de vinilo de etileno (EVOH) es similar al EVA, ya que es un copolímero de polietileno con cierto porcentaje del comonómero de vinilo a lo largo de la cadena. De hecho, EVOH se sintetiza mediante la conversión de unidades VA a lo largo de una cadena en unidades de alcohol de vinilo (VOH). Los grados de EVOH se pueden comprar con unidades VA convertidas total o parcialmente para proporcionar un amplio conjunto de propiedades. Al igual que EVA, EVOH se utiliza principalmente en capas de estructuras de película coextruidas.
EVOH tiene algunas propiedades comerciales importantes. Tal vez la propiedad más importante es su resistencia a la permeación de oxígeno. Por esta razón, se utiliza como una capa de barrera en películas multicapa de grado alimenticio. Otra propiedad importante de EVOH es que es soluble en agua. Por lo tanto, se utiliza en aplicaciones tales como la entrega de detergente de lavandería a través de envases de disolución.
Las aplicaciones de película soplada para poliamida (PA), también conocidacomo nylon, son principalmente capas de barrera en estructuras multicapa. Sin embargo, PA tiene características de procesamiento muy diferentes que otras capas, como el polietileno, que normalmente se encuentran en estas películas coextruidas. Por ejemplo, PA tiene una temperatura de procesamiento mucho más alta (generalmente > 500 oF, temperatura de fusión de 360 a 480 oF, de 180 a 250 oC), por lo que el sistema de extrusión, en particular el dado, debe estar diseñado para proporcionar un control de temperatura adecuado a las capas de flujo individuales. Además, PA es un material higroscópico, lo que significa que absorbe la humedad del aire, por lo que debe secarse lo suficiente antes del procesamiento.
También hay algunas películas mono capa especiales sopladas de PA. Un ejemplo es una película de alta temperatura utilizada como material de embolsado para el procesamiento de compuestos.
En todo el mundo, el cloruro de polivinilo (PVC) es uno de los polímeros más extruidos por volumen. Si bien los problemas ambientales y de salud han creado una pérdida de cuota de mercado en ciertas aplicaciones, el PVC ha logrado grandes ganancias en otras áreas, como la sustitución de perfiles de madera y aluminio en productos de construcción de edificios. La extrusión de película soplada también se utiliza en la fabricación de productos de PVC. Aunque el PVC tiene una estabilidad térmica limitada, tiene buena resistencia a la fusión, lo que se presta muy bien a la extrusión de película soplada.
El PVC es un polímero amorfo (temperatura de transición de vidrio a 220 oF, 105 oC). Como resultado, tiene buena claridad. Otra característica importante es que se puede extruir ya sea como un material rígido o como un material flexible mediante la adición de un plastificante al polímero. Las películas rígidas se pueden metalizar y perforar en lentejuelas para aplicaciones de confección. Las películas flexibles se utilizan para envolver ropa y otros productos textiles.
Otras dos características importantes del PVC aprovechada en aplicaciones de película, son las propiedades de barrera y la termoencogibilidad. Debido a estos atributos, la película de PVC encuentra el uso en envases de alimentos, como caramelos, así como en envases no alimenticios, como la envoltura retráctil de piezas de automóviles y en las mangas termoencogibles que hoy han reemplazado las etiquetas autoadhesivas y de otras clases en los envases.
El poliuretano (PU) es un material altamente versátil con una amplia gama de propiedades, dependiendo de la química del grado específico. Los grados de película soplada son termoplásticos (TPU) ya sea aromática o alifática. Los alifáticos son más caros, pero generalmente tienen una mejor resistencia a la radiación ultravioleta y son más claros. Los PU también son a base de poliéter o poliéster, donde el primero tiene una mejor flexibilidad de baja temperatura y el segundo tiende a ser más resistente sobre todo a los productos químicos.
Los grados de película soplada de PU son generalmente fáciles de procesar porque se sintetizan para tener buena resistencia a la fusión. Por lo general, se procesan a temperaturas entre 350 y 400 oF (180 y 205 oC). Sin embargo, son altamente absorbentes de humedad y, si no se secan adecuadamente, exhiben geles, rayas y baja resistencia a la fusión.
Debido a su alta elasticidad y tenacidad, las películas sopladas de PU se utilizan generalmente en aplicaciones especializadas. Un ejemplo es una capa laminante adhesiva entre telas. Otro ejemplo son las vejigas inflables utilizadas en balsas y kayaks.
En el próximo blog hablaremos de los aditivos utilizados en películas de soplado, cuya mezcla es muy importante en el procesamiento de las resinas para darles propiedades especiales que exigen las diferentes aplicaciones de empaque, antes de ver detalles de una extrusora por soplado, sus partes, funciones, para luego terminar en los análisis de falla.
¡Hasta la próxima!
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