Soldadura ultrasónica impulsa aplicaciones de embalaje de bioplásticos

El efecto de generación de calor de adentro hacia afuera evita la degradación y permite mejor precisión en la unión que métodos alternativos.

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Se está viviendo una tendencia regulatoria en los principales mercados latinoamericanos del embalaje, así como a nivel mundial, para reducir la contaminación por plásticos de un solo uso, implementando la transición a plásticos reciclables y biodegradables. Algunas iniciativas incluyen el desarrollo de un marco de política para guiar la comprensión de los clientes, el uso y la recuperación/reciclaje de plásticos compostables y biodegradables (BDCP, por sus iniciales en inglés).

Debido a que las características varían ampliamente, un paso clave es vencer la confusión de los clientes sobre lo que verdaderamente son los bioplásticos (BBP, por sus iniciales en inglés) y BDCP. Por ejemplo, cualquier plástico con al menos 20% de material a base de plantas califica como BBP, pero no se tiene la obligación de explicar el resto de su contenido. Por consiguiente, algunos BBP son biodegradables pero otros no. De igual manera, aunque todos los BDCP son biodegradables, el término mismo no especifica la manera en que se degradarán los materiales. Se espera que nuevas directrices traten estos y otros cuestionamientos.

Algunos esfuerzos, en los Estados Unidos, por ejemplo, se enfocan en las iniciativas de responsabilidad extendida de los productores (REP) que requieren a los fabricantes que proporcionen mayor garantía de que sus productos son biodegradables. La finalidad de los proyectos de ley de REP es:

• Maximizar el potencial de reciclaje
• Minimizar la fabricación y el uso de los plásticos de un solo uso
• Impulsar la participación en nuevas organizaciones de responsabilidad de los productores
• Fomentar el contenido reciclado en nuevos embalajes o productos

Más de 250 fabricantes, que producen el 20 % de todos los embalajes de plástico a nivel mundial, se han comprometido a que el 100 % de sus embalajes de plástico sean reutilizables, reciclables o compostables para el 2025. Esto incluye a compañías globales tales como Mars, Nestle, Walmart, SC Johnson, Unilever, Apple, Coca-Cola, PepsiCo y muchas más.

Un grupo de fabricantes, desde productores de resinas y productores de películas y paquetes hasta proveedores de tecnología, están trabajando para adoptar soluciones de embalajes sostenibles, efectivos y nuevos que usen BBP y BDCP.

El desafío es que los plásticos biobasados contienen menos polímero, se procesan a menores temperaturas y tienen menores rangos de temperaturas de procesamiento. Este rango se refiere a la diferencia entre la temperatura que sella los bioplásticos de manera efectiva y la temperatura que causa degradación, haciéndolos perder rigidez o integridad. Este estrecho margen de procesamiento y la sensibilidad al exceso de calor dificultan a los productores de embalaje la generación de un desempeño y fuerza de embalaje repetible usando tecnologías tradicionales de sellado térmico.

Vibración por fricción

Debido a esto, cada vez más fabricantes y constructores de máquinas de embalaje están considerando el uso de tecnologías de soldadura de plásticos ultrasónica, las cuales crean el sello de una manera muy diferente. El ultrasonido usa vibración de alta frecuencia para crear un calor por friccióndentro de la interfaz plástico a plástico. Este sello fundido "de dentro hacia afuera" genera calor solo en la interfaz del sello y únicamente durante cada ciclo de soldadura, que dura menos de un segundo.

Además de ahorrar en el uso de energía, la tecnología de soldadura ultrasónica consigue un control de la soldadura mucho más preciso. El aporte de energía se puede controlar Julio por Julio y la carga dinámica de ajuste Newton a Newton. Los usuarios pueden llevar a cabo ajustes en la escala de micras para controlar minuciosamente el calor generado en la interfaz de sello, establecer límites alto/bajo y configurar alarmas que señalen ciclos de soldadura que se encuentren fuera de los límites del proceso.

Emerson proporciona soluciones de uniones para embalajes de plástico tales como bolsas, estuches tipo “clam-shell”, cajas, cartuchos de café, tapas, filtros, sellos y más. Reconocemos que el cambio continuo a BBP y BDCP requiere una evolución rápida por lo que, junto con los fabricantes de embalajes y los productores de resinas, estamos adaptando nuestros perfiles de unión para que el BBP y el BCBP tengan un grado comercial.

Introduciendo el bioplástico en aplicaciones familiares

Hoy en día, los fabricantes y empacadores latinoamericanos están adoptando materiales de plástico de base biológica para todo, desde bolsitas de café compostables, bolsas rígidas, paquetes de comida de VFFS (sello de llenado de forma vertical) sostenibles y mucho más.

A medida que los gobiernos se esfuerzan por resolver las complejidades de reducir los flujos de residuos y aumentar el uso de plásticos circulares, el mercado de envases de plástico bio y reciclado está creciendo rápidamente en todo el mundo. Muchas de estas aplicaciones se centran en reemplazar los plásticos derivados del petróleo en productos populares de un solo uso, incluyendo:

(Fotografía cortesía de Emerson)

Bolsitas de té

Los nuevos diseños de bolsitas de té de un solo uso colocan las hojas de té entre dos discos de red porosa de PLA (ácido poliláctico) no tejido que se unen por soldadura ultrasónica. El PLA es un BDCP compostable industrialmente.

(Fotografía cortesía de Emerson)

Bolsas de comida resellables

Ahora las bolsas de comida resellables o flexibles se pueden fabrican con BDCP tal como PLA o PHA (polihidroxialcanoatos). Equipadas con cierres de plástico resellables o tapas de cierre roscado, son ideales para empacar productos alimenticios tales como queso, carnes en rebanadas o secas, atún, y crema de nueces. Los paquetes de un solo uso como estos son un punto central para los rediseños de paquetes que usan BDCP.

(Fotografía cortesía de Emerson)

Cápsula de café

Esta cápsula de café  incorpora una subestructura de anillo PP de base biológica compostable de dos piezas que está sellada a una canasta de filtro de papel no tejido formado en el aire. Podemos ver cómo la herramienta de sellado de calor ocasionó degradación de material e inconsistencia de la junta entre el anillo y la canasta. La tecnología de soldadura ultrasónica Branson de Emerson resolvió el problema, cumpliendo los requisitos de duración del ciclo e integridad del sello.

(Fotografía cortesía de Emerson)

Empaque clamshell

El embalaje circular sostenible también comprende los materiales reciclados. Este ejemplo muestra como Kwik, un productor de productos para exteriores, cambió de PVC (polivinilcloruro) a PET (polietilentereftalato) o RPET, para sus paquetes de estuches tipo “clamshell”, mientras continuó usando su base instalada de equipo de soldadura ultrasónica. Todo lo que se necesitó fue una nueva combinación de sonotrodo y mordaza ultrasónica y una actualización del programa de soldadura de embalajes. El paquete de contenido reciclado usó "soldaduras de punto" ultrasónicas que produjeron costuras de soldaduras más fuertes que el material madre de RPET. Paquete terminado mostrado a la izquierda.