Innovaciones tecnológicas en sistemas de coextrusión con microcapas en empaques

En la última feria NPE, llevada a cabo en Chicago, en junio de 2009, dos compañías productoras de maquinaria presentaron sus últimos avances en equipos para fabricar películas con microcapas.

El concepto de la coextrusión con microcapas se refiere a la fabricación de películas con decenas de capas minúsculas, llegando inclusive a más de cien en una sola película. El hecho de que dos fabricantes de equipos importantes estén realizando avances en esta tecnología es una indicación de la vitalidad que el concepto está adquiriendo en el momento. Las ventajas que las microcapas pueden aportar al desempeño de las películas hacen prever que en el futuro a corto y largo plazo jugarán un papel preponderante en la industria de los empaques y de la aplicación de técnicas especiales.

La coextrusión múltiple de microcapas no es en sí una tecnología novedosa. Sus inicios se remontan a la década de los 60 del siglo pasado, cuando Dow Chemical desarrolló las primeras patentes, seguida luego por el fabricante de dados Cloeren Inc. Las primeras aplicaciones comerciales se dieron en el mercado de las películas translúcidas de envolver regalos, pues con ellas se aprovecharon los efectos iridiscentes y reflectivos de las estructuras multicapas. En este caso, las microcapas están constituidas por dos resinas intercaladas en varias multicapas. Un tercer extrusor entrega una tercera resina que se usa para conformar las capas externas de la película y que a la vez protegen la estructura delicada de la microcoextrusión. Estas películas son comúnmente encontradas en el comercio, hoy en día.

Otro tipo de aplicaciones fueron desarrolladas, también tempranamente, por 3M, empresa que incursionó en la fabricación de películas con microcapas múltiples, para lo cual adquirió varias de las patentes de Dow Chemical. Los científicos de 3M descubrieron que los efectos ópticos de estas películas dependían de los espesores de las microcapas y que los efectos podían ser controlados a voluntad manipulando dichos espesores. Este hecho abrió las puertas a la fabricación de películas técnicas, que aún hoy en día encuentra aplicaciones novedosas en el campo de la óptica; por ejemplo, en los modernos anteojos usados para visualizar las películas en tres dimensiones.

Una de las aplicaciones técnicas desarrolladas por 3M usando múltiples microcapas coextruidas en una películ, se mercadea con la marca 3M™ Light Pipe. Como su nombre en inglés lo indica, la película es un medio de transporte y distribución de la luz, debido a la capacidad que tienen las microcapas de reflejarla y transmitirla en su interior. La película se utiliza en diseños arquitectónicos y recoge la luz en uno de sus extremos y la transporta hasta una distancia de 20 metros, dependiendo de la potencia de la luz incidente. Existen varias técnicas para extraer la luz desde la película, dependiendo de la conveniencia del diseño arquitectónico en cuestión.

Otros usos interesantes de las películas con múltiples microcapas tienen las marcas Scotchshield Ultra Safety y Security Window, que hacen a las ventanas prácticamente irrompibles, además de detener la luz ultravioleta en un 99%. Estas películas encuentran aplicación en arquitectura y la industria automotriz. La serie de películas Vikuiti de 3M ofrece una multitud de propiedades creadas a partir de estructuras especiales de microcapas, algunas de ellas orientadas biaxialmente para proveer una mayor tenacidad. Una de ellas, por ejemplo, cuenta con 900 microcapas y es empleada para recubrir las pantallas de los computadores de mano marca Palm. En general, esta serie de películas es usada para recubrir pantallas de equipos digitales con el objeto de proveer propiedades antireflectivas, protección, control del paso de luz, brillo, polarización, etc.

Los avances en la tecnología de películas de múltiples microcapas se están orientando hacia las películas con aplicaciones en empaques, principalmente en películas de barrera y estirables (stretch). Las empresas Extrusion Dies Industries, LLC., (EDI), y Cloeren Inc., de Estados Unidos, presentaron en NPE 2009 diseños recientes de  feedblocks cuyo propósito es multiplicar y adelgazar las capas de una coextrusión de películas. Para entender este proceso podemos observar la representación gráfica del funcionamiento del multiplicador de capas de EDI, figura 1 , el cual fue completamente actualizado a mediados de 2009. El nuevo modelo es más fácil de instalar, exacto y versátil que otros modelos comerciales, incluyendo los modelos previos de EDI, asegura el fabricante. La forma externa del multiplicador de EDI se puede apreciar en la figura 2 .

Igualmente, Cloeren Inc. está trabajando con su novedoso sistema Nanolayer, que en la feria NPE 2009 expuso con capacidad para generar 514 nanocapas. Este equipo en particular fue vendido a un productor de películas reflectivas en PET, de Asia. Tres años atrás, un sistema similar fue adquirido por Nike para fabricar una película de 76 microcapas que ha sido usada para retener el aire en las burbujas diseñadas para las suelas por este fabricante de zapatos deportivos. Las resinas empleadas en esta estructura particular son poliuretano termoplástico y un copolímero de EVOH.

Para aplicaciones en la fabricación de empaques, Cloeren a vendido equipos que sin agregar ni siquiera un pequeño incremento en la cantidad de resina de barrera usada para un volumen dado de producto, la proliferación de capas crea efectos sinergéticos que reducen el ingreso de oxígeno de 3 a 5 veces, en comparación con la coextrusión de barrera convencional. A diferencia de las películas técnicas ópticas, las de empaques requieren de un mayor número de resinas pero una menor multiplicación de capas. El efecto primordial de la formación de microcapas sobre resinas de barrera cristalinas como el EVOH o la poliamida es el aumento de la flexibilidad del material debido al menor espesor de las capas. También, la superposición de capas elimina la acción negativa de las fracturas en las resinas de barrera.

Un nuevo campo de aplicación de las películas con microcapas coextruidas de empaques son las estirables. Gloucester Engineering anunció la entrega en diciembre del año pasado de una línea de producción de película estirable que cuenta con un multiplicador de capas NanoLayerTM de Cloeren. Esta película puede ser usada manualmente o mecánicamente, y tiene espesores en el rango de 10 a 50 micrones. El cliente es la empresa Malpack Ltd., de Canadá. Como consecuencia de la nueva estructura de la película se espera un mejor desempeño a pesar de que el espesor será reducido.

Por otro lado, Apex Films, de Estados Unidos, empresa del mercado de las películas estirables, ha decidido adquirir una nueva línea de fabricación que también contiene una unidad NanoLayerTM de Cloeren. Con la nueva película, PalletLockTM,  Apex promete a nivel comercial brindar ahorros del orden del 20% en el consumo, debido a su mayor tenacidad y menor calibre, manteniendo la fuerza de tensión y la resistencia a la punción. Apex ve que estas ventajas son el resultado de la aplicación de la nueva tecnología de coextrusión con microcapas.