Clasificación de los polímeros para envase y embalaje Ing. José Antonio Rodríguez Tarango
Prácticamente en todos los envases se presentan tres elementos que lo constituyen; el primero es un elemento estructural, el segundo un elemento de barrera y el último es un elemento de sello. Como su nombre lo indica cada uno de estos elemento aporta una condición específica al envase, ahora bien, en algunos envases un mismo material aporta las tres funciones. Esto es válido para materiales no solo poliméricos sino también para estructuras combinadas como es el caso de las laminaciones donde se pueden utilizar materiales celulósicos, aluminio y por supuesto plásticos. Generalmente el elemento de estructura está compuesto por materiales de bajo costo como es el caso de las poliolefinas y los papeles, mientras que el elemento de barrera se da ya sea por el aluminio, o por polímeros especialmente diseñados para este fin como es el caso del EVOH, el PVDC y las poliamidas entre otras, los cuales en general son costosos, finalmente para el caso de envases flexibles se requiere de un elemento de sello que permita cerrar los envases, y donde es utilizado en forma común el polietileno p olietileno de baja densidad, sin embargo existen aplicaciones donde el sello se debe realizar bajo condiciones especiales para lo cual se utilizan otro tipo de polímeros. Los polímeros estructurales utilizados para envases son los siguientes: Polietileno baja densidad lineal (PEBDL) Polietileno baja densidad (PEBD) Polietileno de alta densidad (PEAD) Polipropileno Polipropileno (PP) (P P) Poliestireno Poliestireno (PS) Policloruro de vinilo (PVC) Policarbonato Policarbonato (PC) (PC ) Polietilen tereftalato glicol (PETG) Los siguientes polímeros si bien son estructurales ya que pueden formarse envases a partir únicamente de ese material, también presentan una barrera a los gases por lo que aparecen también en la clasificación de polímeros de barrera. Polietilen tereftalato (PET) Copolímero de Acrilonitrilo Metacrilato (BAREX) Polietilen neftalato (PEN)
Los polímeros de barrera a gases más comunes son los siguientes: Cloruro de polivinilideno polivinilideno o Sarán Sarán (PVDC) Etil Vinil Alcohol (EVOH) Polietilen neftalato (PEN) Copolímero de Acrilonitrilo Metacrilato (BAREX) Poliamida (NYLON)
Y finalmente los polímeros utilizados como agentes de sello:
Polietileno baja densidad (PEBD) Ionómero (Surlyn) Polietileno baja densidad lineal (PEBDL) Etil vinil acetato (EVA)
Nótese que existen algunos polímeros que pueden estar en dos clasificaciones simultáneamente, como es el caso del PET, PEN y el BAREX que si bien ya pueden ser considerados como polímeros de barrera, en realidad también pueden ser estructurales, es decir que se puede formar un envase con una de estas resinas, así se tienen varios ejemplos del mercado como es el caso de las bebidas carbonatadas cuyo envase está elaborado completamente de PET, es decir estructuralmente es exclusivamente resina PET, sin embargo este tipo de resina también tiene una cierta barrera a los gases (característica necesaria para retener la carbonatación de la bebida).
Resumen de Características y Restricciones de u so de los polímeros para envase Los polímeros estructurales son en general bastante estables, presentando las siguientes características: Polietileno baja densidad lineal (PEBDL). Es un material de bajo costo, muy utilizado como película para envolver estibas. Es una buena barrera a la humedad. Polietileno baja densidad (PEBD). Material translucido, de muy buena barrera a la humedad, y de nula barrera a los gases, muy económico, de buena resistencia a la temperatura incluso de pasteurización. Polietileno de alta densidad (PEAD). Similar al anterior, pero con mayor rigidez, de tal forma que ante una situación de doblez de un envase rígido este puede llegar a fracturarse. Polipropileno (PP). Material económico, de muy buena barrera a la humedad, nula barrera a los gases, excelente resistencia a la temperatura de llenado (arriba de los 80°C), tiene una excelente resistencia a los dobleces, presenta mucha memoria es decir tiende a retornar a su estado original una vez que por alguna acción mecánica este se ha deformado. Poliestireno (PS). Material de bajo costo, muy buena barrera a la humedad, muy rígido y quebradizo, y nula barrera a gases. Policloruro de vinilo (PVC). Resina transparente, rígida y muy quebradiza, buena barrera a la humedad y muy pobre barrera a gases, especialmente debe tenerse cuidado de su composición, ya que en caso de presentar monómeros residuales en cantidades elevadas este material es tóxico para su uso en alimentos. Presenta una problemática ecológica ya que el PVC cuando es incinerado genera ácido clorhídrico que contamina el subsuelo. Policarbonato (PC). Resina costosa, sin barrera a humedad ni a los gases, lo que hace atractivo su uso es su transparencia, su alta re sistencia mecánica y lo más importante su alta resistencia a la temperatura, lo cual lo hace tan atractivo en la fabricación de biberones. Otra característica importante es su alta estabilidad dimensional a altas temperaturas, por esta razón es también utilizado para la fabricación de discos compactos. Polietilen tereftalato glicol (PETG). Este polímero es una variante del PET, que permite ser trabajado en procesos de extrusión soplo (proceso tradicional para envases de plástico), el cual es significativamente más económico que el proceso de inyección soplo del PET, es importante resaltar que el PETG no presenta las mismas características de barrera que el PET, sin embargo es muy común ver su aplicación en l áminas para termoformado.
En el caso de las resinas de barrera, generalmente presentan las siguientes características con alguna limitación o restricción; como las mostradas a continuación: Polietilen tereftalato (PET). Es una resina muy noble, de alto brillo y transparencia, muy resistente mecánicamente, con una buena barrera a la humedad y una buena barrera a los gases, lo cual lo hace ideal para aplicaciones de barrera en envasado de alimentos, tiene una pobre resistencia a la temperatura de llenado (máximo 60°C), lo cual es una limitante cuando se requiere de una aplicación de llenado de un producto pasteurizado que se encuentra a 80°C, sin embargo para este tipo de situaciones se le da un tratamiento térmico al envase con el fin de cristalizar su estructura y de esta manera soportar una mayor temperatura de llenado, a esta estructura se le conoce como PETC o PET Cristalizado. Cloruro de polivinilideno o Sarán (PVDC). Este polímero se aplica como un recubrimiento por lo que no es posible fabricar un envase exclusivamente de PVDC. Tiene una excelente resistencia a la temperatura y barrera a los gases, también es utilizado como elemento de sello, siendo en general muy polímero muy estable. Etil Vinil Alcohol (EVOH). Es una de las resinas de mayor barrera a los gases que existe, sin embargo esta resina presenta un problema importante de absorción de humedad, la cual le afecta sensiblemente la propiedad de barrera a gases, por esta razón necesariamente se debe proteger a partir de coextrusiones o coinyecciones en las cuales el EVOH quede protegido con capas de otros polímeros de alta barrera a la humedad. Polietilen neftalato (PEN). Es un polímero de alta barrera a los gases y a la temperatura de llenado, esencialmente la gran limitación de este tipo de polímero es su alto costo, el cual solo se justifica cuando el producto puede tener un alto costo. Copolímero de Acrilonitrilo Metacrilato (BAREX). Es una resina de muy alta barrera a los gases y que puede ser perfectamente estructural, ya que actualmente se fabrican envases con este tipo de resina, sin embargo tiene el inconveniente de que pierde esta barrera cuando la resina es sometida a condiciones de temperaturas superiores a los 50°C . Poliamida (NYLON). Un polímero de barrera y resistencia a la temperatura, que presenta básicamente como inconveniente su alto costo.
Y finalmente en el caso de los polímeros de sello se tiene: Polietileno baja densidad (PEBD). Excelente agente de sello para aplicaciones generales, con un rango de temperatura de sellado estrecho, tiene muy poca barrera a las grasas y en sellos contaminados presenta problemas de sello. Ionómero (Surlyn). Un polímero diseñado espacialmente para realizar sellos de productos grasos, ya que tiene una excelente barrera a las grasas y sella aún en presencia de grasas o en sellos contaminados de producto. Polietileno baja densidad lineal (PEBDL). Se ha probado en algunos casos de sellos contaminados con grasa, obteniendo resultados de mediana eficiencia. Etil vinil acetato (EVA). Este polímero es utilizado como elemento de sello con mediana eficiencia, también es utilizado como liner en tapas plásticas de bebidas carbonatadas, así como también como una carga (10 a 12%) en envases de polietileno alta densidad los cuales serán sometidos a temperaturas de congelación (menores a -20°C), haciendo a la resina más resistente al proceso de “ crackelado” es decir de despolimerización o rompimiento de cadenas poliméricas por efecto de la baja temperatura.
En los últimos años se han venido desarrollando polímeros con una mayor capacidad de degradación que minimicen el daño que los residuos sólidos generan, así como también el desarrollo de polímeros a partir de monómeros vegetales o animales llamados bio polímeros, así como también la creación de polímeros llamados “inteligentes” que interactúan con los productos mejorando o manteniendo sus características fisicoquímicas. Así se tiene el desarrollo de polímeros como el: Acido poliláctico (PLA) Películas de Kitosan (antibacterianas y comestibles) Películas con agentes secuestrantes de oxigeno, CO2 y etileno
