Empaques flexibles multicapa y de alta barrera

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Los empaques plásticos de barrera contienen en su estructura algún tipo de material con la propiedad de disminuir sustancialmente o eliminar el paso de una o más sustancias, especialmente gases como oxígeno, vapor de agua, dióxido de carbono, etileno, entre otros. También los olores, aromas, aceites y productos químicos en general.

Descripción de los empaques plásticos de barrera
En términos generales, los empaques de barrera se dividen en estáticos y activos. En los primeros, el material que ofrece la barrera al paso de las sustancias tiene un desempeño habitualmente homogéneo a través del tiempo, es decir, la barrera no cambia (por lo general) con el tiempo. En el segundo, además del material de barrera incorporado en la estructura del empaque, existe un aditivo con actividad química que secuestra la sustancia cuyo paso se desea detener. Los más conocidos son los secuestradores de oxígeno, que permiten extender la protección contra el paso de este gas de una manera más eficiente y por un tiempo más largo.

En los empaques de barrera es fundamental tener una medida de la velocidad de transmisión de las sustancias a través de la pared de los mismos. En el sistema de unidades centímetro-gramo-segundo, la velocidad de transmisión de un gas no húmedo se mide como la cantidad (cc) que pasa perpendicularmente a través de una pared con un área de un m2 y un espesor de 1 mm. Esto, en el transcurso de 24 horas y manteniendo una presión de 1 atmósfera constante en un lado de la pared y 0 atmósferas en el otro, a una temperatura permanente (24 ºC o 37,8 ºC). En el caso de la transmisión de vapor de agua, la cantidad se mide en gramos y el lado de alta concentración se mantiene con una humedad relativa de 90%.

Tendencias del mercado
Las aplicaciones de los empaques de barrera están muy relacionadas con ciertas tendencias culturales de los usuarios, entre ellas las siguientes:

La población mundial está aumentando el consumo de alimentos precocidos, listos para consumir. Esta tendencia se refuerza con la disminución del número de integrantes en los hogares.

Los consumidores se preocupan hoy más que antes por la conservación de la salud, por lo cual están dispuestos a pagar productos con empaques de alto desempeño. Esta necesidad se encuentra en los mercados de los alimentos y las medicinas, principalmente.

Los usuarios están adoptando la práctica de consumir los productos en los momentos empleados para su transporte personal (on-the-go, en inglés). La dedicación del tiempo disponible al trabajo y el entretenimiento está obligando a tomar los alimentos mientras las personas se transportan. Los empaques de estos alimentos deben ofrecer mayor protección y conveniencia en el uso.
Están apareciendo nuevos materiales de barrera para fabricar empaques plásticos que motivan la ampliación de su uso.

Algunas estructuras de empaques plásticos de barrera de uso actual (Uflex, Pack Age 2008)
Los valores de transmisión más bajos corresponden a los de barrera más alta y para ciertos alimentos pueden proporcionar vidas útiles en estantería de alrededor de dos años.

Desarrollo de los mercados
El desarrollo de los mercados de empaques de barrera es impulsado por las tendencias ya citadas. De acuerdo con un estudio de BBC Research (www.bccresearch.com), en Estados Unidos, el consumo de resinas de barrera era de 3.640.000 toneladas en 2007 y se estima que crecerá 5,8% anual hasta por lo menos el año 2012. El sector del mercado que más consume estas resinas es el de empaques de alimentos y bebidas, que cubre 95%. El resto de mercados corresponde a aplicaciones de empaques para la industria química, el cuidado de la salud y aplicaciones industriales. Por su parte, Global Market Research Information Network aclara que un sector que no está creciendo como se esperaba es el de los empaques plásticos de alta barrera para cervezas. A pesar de los desarrollos tecnológicos ya alcanzados, estos empaques todavía no logran superar la protección que brindan los envases de vidrio y de aluminio. La tecnología de los empaques de barrera, sin embargo, es cada vez más sofisticada en los sectores del empaque de atmósfera modificada para productos alimenticios frescos y de los empaques de alta barrera multicapa. Entre los alimentos frescos se distinguen los mercados de empaques para carnes.

En Latinoamérica, el comportamiento de los mercados de empaque de barrera varía un poco de acuerdo con el país. Información cualitativa de Euromonitor International indica que en Argentina, por ejemplo, durante 2008, las ventas de productos presentados en empaques de barrera se incrementaron gracias al aumento de los ingresos de la población. Se observa en este país el interés por alimentos más saludables, a pesar de que pueden ser un poco más costosos, como lo reportan las empresas Danone y Mastellone. En Brasil se ha encontrado que los consumidores de estratos económicos mediano y bajo, que habían logrado acrecentar sus ingresos gracias al aumento del empleo y la toma de préstamos, sienten ahora el peso de las deudas. En este país la inflación ha sido alta y los precios de los alimentos se han incrementado, llevando a este grupo de consumidores a buscar alimentos más baratos y opciones más económicas frente a los productos con empaques de barrera. El reporte también indica que los productores de alimentos empacados con barrera no dejaron de invertir en tecnología y adecuaciones. Esto, porque se espera que el futuro del consumo en Brasil sea muy positivo a pesar de la crisis económica. Productos como los alimentos listos para consumir y otros preprocesados experimentarán un aumento de la demanda hasta por lo menos el año 2013. Colombia, por otra parte, sufrió en 2008 el efecto del aumento de los precios de los insumos para alimentos experimentado a escala mundial. Los productores de alimentos pasaron los sobrecostos a los consumidores, a la vez que trataron de mejorar su eficiencia. Los consumidores reaccionan disminuyendo la demanda de la mayoría de los alimentos empacados, tendencia que se mantendrá mientras los costos de los insumos sean altos.

Avances recientes en la fabricación
Los últimos avances se están presentando en el desarrollo de maquinaria para la fabricación de películas con propiedades excepcionales de barrera, así como en los tipos de materiales que se pueden emplear para el mismo propósito.

Brampton Engineering, de Canadá, entregó recientemente una línea de soplado de película de 11 capas. En este caso, el cabezal de coextrusión fluido-dinámico SCD® (Streamlined Coextrusion Die), está conectado a las extrusoras por medio de adaptadores cortos y rectos, apropiados para la coextrusión de películas de barrera. La solución innovadora de esta empresa consistió en diseñar extrusoras sobrepuestas. La configuración de la línea de capas cuenta con dos extrusoras sobrepuestas más siete extrusoras normales, creando una configuración radial similar a una línea de 9 capas pero con dos extrusoras dobles.

Windmoeller & Hoelscher, de Alemania, anunció el desarrollo de una versión de su dado cónico en espiral de 9 capas, patentado, Maxicone, en 11 capas. En el dado de 9 capas se forma primero una estructura de 8 capas que se junta a una adicional. De esta manera se garantiza que la novena resina recorre la menor distancia posible en el dado. Para el dado de 11 capas la estructura de 8 capas se suma a la 9, 10 y 11 siguiendo el mismo concepto de minimización de longitudes de recorrido en el dado.

Extrusion Dies Industries, LLC (EDI), de Estados Unidos, presentará en la próxima NPE 2009 una nueva tecnología denominada “multiplicador de capas”. Con ella, el equipo multiplicador toma una estructura formada por un feedblock estándar y la subdivide secuencialmente en capas que se van sumando unas con otras. El espesor final es igual al que se puede obtener con la estructura original, y las capas individuales adquieren espesores de micrones. Las propiedades de las películas en microcapas mejoran: se adquiere una mayor barrera al oxígeno y la humedad, superior resistencia al impacto y elongación, entre otras. Las aplicaciones potenciales se encuentran en las láminas y películas para fabricar empaques rígidos y flexibles, así como en películas para envolver.

Un nuevo equipo de BBS Corporation, Estados Unidos, denominado “Repetidor en Secuencia de Capas” toma estructuras formadas de 2 y 3 capas, que han sido creadas por el dado Modular Disc, de la empresa, y replica las capas en forma repetida para formar una estructura multicapa con espesores ínfimos. La estructura así formada se inserta entre otras capas para lograr una película soplada. De acuerdo con BBS, esto permite disminuir apreciablemente la fragilidad de los materiales de barrera como el Evoh y el COC. De esta manera y usando el adhesivo apropiado, BBS ha construido estructuras de 21 capas a partir de 2 y finalmente las ha integrado a películas con otras 4 capas. Las propiedades de barrera reportadas fueron superiores a las de las películas con los mismos materiales distribuidos en 7 capas.

Nuevos materiales de barrera
Entre los nuevos materiales podemos citar las resinas de barrera cargadas con nanoarcillas (o nanocompuestos). Estas arcillas, particularmente la montmorilonita, se presentan en forma de laminillas en donde su altura no supera unos pocos nanómetros. La propiedad de barrera se consigue cuando las laminillas logran dispersarse eficientemente en la resina. Ellas se convierten entonces en un “estorbo” para la difusión de sustancias a través de la resina, y adiciones tan pequeñas como 2% a 5% en peso, son suficientes para lograr valores altos de barrera. La empresa Nanocor, de Estados Unidos, ya ofrece comercialmente nailon 6 preparado con nanoarcillas para empaques de alimentos. También la empresa norteamericana InMat desarrolló un recubrimiento de alta barrera para resinas con la marca Nanolok.

De manera similar, la empresa norteamericana Smart Blending Technologies LLC, propone lograr un efecto semejante al mezclar dos o más polímeros de diferentes fases sólidas, empleando el proceso que ellos denominan “advección caótica”. El proceso crea a escalas micro y nano unas morfologías de fases diferenciadas que se asemejan a la dispersión de las nanoarcillas en una resina y logran el mismo efecto de barrera. De acuerdo con esta empresa, existen ya dos aplicaciones comerciales.

Toray Plastics (America), Inc., está promocionando sus nuevas películas de BOPP que contienen una capa de un material propietario de alta barrera no identificado. Estas películas, de acuerdo con la empresa, sustituyen las películas de BOPP recubiertas con PVdC, consideradas más costosas porque son fabricadas en dos etapas y porque tienen una mayor densidad. Además, el material de barrera ofrece inconvenientes desde el punto de vista ambiental. En dos de las versiones de las películas la capa de barrera está recubierta con una capa de aluminio depositado al vacío, pero con una tecnología también propietaria que agrega una cantidad superior de aluminio. La cantidad de aluminio en el recubrimiento es tal que la barrera al oxígeno resulta 100 veces superior al de otras metalizaciones. La barrera al vapor de agua es también excepcionalmente alta. Otro tipo de películas que contienen la capa propietaria de alta barrera son transparentes. Estas últimas cuentan con un tratamiento propietario superficial de alta energía y la barrera resultante sigue siendo alta para el oxígeno y muy significativa para el vapor de agua. Por el hecho de ser transparente, da la oportunidad de obtener una más amplia gama de aplicaciones en empaques. Véase la figura 1. Esta tecnología también ofrece un desempeño mejorado de resistencia a los aceites, a la punción y una mejor rigidez.

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