Processamento seguro de películas mono-PP recicláveis em sistemas de termoformagem.
A pressão sentida pelos fabricantes de embalagens para processarem as películas compostas de forma responsável, é cada vez maior. Uma alternativa reciclável aos compostos de PET são as películas mono-PP. As vantagens das películas mono-PP para a economia circular são óbvias, mas representam um desafio para os embaladores. Na Inno-Meeting em Osnabrück, Andreas Dietrich / Weber Food Technology GmbH apresentou uma forma de processar estas películas com segurança em sistemas de termoformagem.
– Um discurso de Dieter Finna
Atualmente...
… as embalagens de produtos de charcutaria ou queijos fatiados destinadas ao consumidor final, são geralmente fabricadas a partir de materiais compostos de APET/PE ou boPET/PE. Estas películas são fáceis de manusear e possuem elevadas propriedades de barreira. No entanto, no que diz respeito ao circuito dos materiais, não satisfazem os requisitos de uma boa capacidade de classificação e de reciclagem dos materiais. Daí resulta que o foco da atenção recaia sobre a utilização de películas mono-PP. Estas películas são constituídas entre 90% e 98% de polipropileno e podem ser processadas em sistemas de termoformagem. No entanto, muitas vezes apresentam diferenças significativas.
A atratividade e o rendimento nas linhas de embalagem podem ser melhorados.
As amostras de PP produzidas em linhas de termoformagem apresentam sobretudo desvantagens no seu aspeto visual. Andreas Dietrich, Técnico de Aplicação de Embalagens na Weber Food Technology GmbH, descreve os resultados com embalagens de PP como sendo geralmente “menos atraentes, uma vez que parecem onduladas, são menos transparentes e também são mais macias ao toque”. Estas diferenças percetíveis devem-se em parte às propriedades naturais do polipropileno.
No entanto, alguns tipos de película de mono-PP apresentam uma forma estável e agradável, resultando daí um recipiente estável. Mas a película de cobertura geralmente não está tão bem esticada como nas películas à base de boPET. Na experiência de Andreas Dietrich, este é particularmente o caso das películas de cobertura que podem ser fechadas novamente.
Uma outra desvantagem resulta do facto de o rendimento nas linhas de embalagem com película de mono-PP ser inferior devido ao aquecimento e arrefecimento mais lentos do material. Uma vez que a moldagem de embalagens de película de PP é um pouco mais complicada, a frequência de ciclo do sistema é mais reduzida e a máquina trabalha com uma velocidade ligeiramente inferior. Em linhas industriais de grande dimensão para embalagens de queijo com um conteúdo de 400 g, uma redução de 12 ciclos/min para 11 ciclos/min já leva a uma redução superior a 8%, uma vez que são embaladas menos 6,5 toneladas de queijo num tempo de produção de 20 h/dia.
Outro material – outra abordagem.
Uma vez que o processo de moldagem com película de mono-PP difere do das películas convencionais devido ao material, Andreas Dietrich não tem dúvidas de que a mudança de material também deve ser tida em conta na conceção da máquina de embalagem e nos parâmetros da máquina. Considerando uma máquina com o chamado aquecimento em sanduíche, ou seja, com duas placas de aquecimento, uma por cima e outra por baixo, nos compostos de APET/PE com uma espessura de película de 250 µm são suficientes tempos de aquecimento e moldagem relativamente curtos, de 1 a 2 segundos. As temperaturas situam-se entre os 98 °C e os 113 °C. Com este intervalo de moldagem de 15 °C, nos compostos de PET/PE as variações de aquecimento são pouco significativas. As máquinas existentes no mercado estão ajustadas para estes parâmetros.
Em contrapartida, no caso do polipropileno as espessuras de película são normalmente um pouco mais elevadas, uma vez que se tenta compensar a estrutura um pouco mais macia por uma película ligeiramente mais grossa de PP/PP de 300 µm. Isto, por sua vez, tem consequências no tempo de aquecimento e de moldagem, que com uma película ligeiramente mais grossa aumenta para cerca de 2,5 segundos.
Ao iniciar ensaios com uma película mono-PP, por norma ajusta-se nas linhas apenas a temperatura ao novo material, mas não os tempos de aquecimento e de moldagem. O resultado são vincos, ondulações e uma fraca estabilidade do tabuleiro.
Como surgem os vincos nos tabuleiros?
Para encontrar soluções, é necessário compreender as causas dos vincos e das ondulações. Podem estar relacionadas com vários fatores de influência. Segundo a experiência de Andreas Dietrich, isto pode dever-se a ajustes menos favoráveis, mas também ao facto de as máquinas de processamento estarem a ser utilizadas há vários anos, possivelmente sem manutenção adequada, e terem processado até agora sempre películas de PET. O PET é um material abrasivo e acaba por desgastar o revestimento de teflon da(s) placa(s) de aquecimento, sobretudo o da placa de aquecimento inferior. Como resultado, esta fica lisa e já não tem propriedades antiaderentes. Enquanto o PET pode ser processado mesmo assim nas termoformadoras, nas películas de polipropileno o ar fica retido entre a película e a placa de aquecimento desgastada, o que dá origem a bolhas, também conhecidas por “varizes”, na imagem de aquecimento. Estas são então bem visíveis na embalagem.
Um outro obstáculo é o problema de a película de PP se expandir fortemente quando está quente. Numa termoformadora a película é primeiro aquecida e depois transportada no estado quente ao passo seguinte para ser moldada. O fecho das ferramentas de aquecimento e moldagem é de certa forma problemático. A película macia e quente que por natureza se expande ligeiramente, juntamente com o movimento do ar que se faz sentir durante o fechamento da ferramenta de moldagem, leva à expansão da película formando uma espécie de bolha que é esmagada quando a ferramenta é fechada. Também isto resulta frequentemente em vincos. Assim, no PP trata-se de evitar esta corrente de ar e, por conseguinte, a formação de bolhas através de medidas técnicas adequadas.
As imagens térmicas revelam causas nos parâmetros do processo.
As imagens captadas pela Weber imediatamente após a saída da estação de moldagem, utilizando uma câmara de imagem térmica de dupla ótica, mostram como diferentes tempos de aquecimento e moldagem afetam o aspeto visual da embalagem.
A primeira imagem térmica mostra um resultado no limite do aceitável baseado nos parâmetros para a moldagem de películas compostas de APET, apenas com a temperatura ajustada. A imagem seguinte, por sua vez, mostra um resultado otimizado onde todas as etapas do processo foram otimizadas para a película de PP. A comparação dos parâmetros de processo no fabrico destas embalagens mostra claramente quais são os parâmetros que contribuem para a otimização de uma embalagem e que as embalagens de película mono-PP podem ser otimizadas.
Um parâmetro essencial na moldagem da embalagem é a pressurização que é particularmente importante no processamento de películas mono-PP. Se for demasiado baixa ou demasiado lenta, a película não é corretamente moldada. São provocadas grandes diferenças de temperatura na embalagem, neste exemplo até 21 ºC entre o centro e as nervuras da embalagem. Daí resultam tensões no material e, por fim, ondulações.
A segunda imagem térmica mostra que, se o processo de moldagem for configurado de forma ideal - tempos de aquecimento e moldagem 2,5 segundos, temperatura de aquecimento 135 °C, pressurização durante a moldagem 1 bar em 0,2 segundos, arrefecimento eficientemente ajustado - as diferenças de temperatura entre o centro e as nervuras da embalagem podem ser reduzidas para cerca de 7 °C.
Influência do design da embalagem.
Para além dos parâmetros de processamento, é importante também o design da embalagem. Quando é utilizada uma película de PP, o design da embalagem não deve apresentar detalhes muito pequenos. No exemplo à esquerda, as nervuras têm um raio R8 mm e uma profundidade de 2 mm. Quanto mais pequenos forem os raios, mais difícil é a sua moldagem e mais ondulada pode ficar a embalagem. Este tipo de design é muito fácil de realizar nas nervuras.
Também os raios de canto desempenham um papel essencial. No exemplo à direita têm um raio de R9 mm o que é um bom valor. Se forem demasiado pequenos, a embalagem perde estabilidade, perde mais facilmente a forma e fica ondulada.
Isto funciona.
“Um fator para um bom resultado com películas mono-PP é um aquecimento bom e preciso através de um aquecedor tipo sanduíche que mantenha a temperatura tão estável quanto possível. Para isso é necessário o maior tempo de aquecimento possível de cerca de 2,5 segundos.“
O segundo fator é uma moldagem muito rápida. Isto é conseguido através da rápida pressurização do molde, mas também tem de ser possível com a própria película. A película deve deixar-se moldar em apenas 0,2 segundos. Devido ao vácuo de moldagem, há uma pressão negativa de -0,7 bar por baixo da película. Adicionalmente, existe uma sobrepressão de +1,0 bar devido à rápida pressurização de cima. Em soma, trata-se de uma diferença de pressão de 1,7 bar absoluto. O tempo de moldagem e, por conseguinte, o tempo de arrefecimento devem ser tão longos quanto possível. De uma forma geral, o objetivo consiste em conseguir durante o aquecimento, a moldagem e o arrefecimento uma temperatura uniforme e tão baixa quanto possível na embalagem. Desta forma é possível reduzir as diferenças de temperatura entre o centro e as nervuras da embalagem para 7 ºC, por exemplo.
O terceiro fator é uma película mono-PP adequada. “Nem todas as películas fornecem o resultado desejado”, diz Andreas Dietrich com base na sua experiência prática. Tendo em consideração os parâmetros acima referidos, é possível produzir embalagens moldadas com precisão a partir da película mono-PP com 12 ciclos por minuto que satisfaçam os requisitos do mercado.
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