DEFER: Desarrollo de materiales funcionalizados mediante extrusión reactiva para materiales de envase

Contexto

En la industria de envase existe interés por contar con materiales con propiedades barrera y mecánicas mejoradas que permitan una reducción en el número y espesor de capas, con el fin de facilitar su reciclabilidad, o que proporcionen nuevas funcionalidades, como pueden ser aquellos envases activos que incorporan propiedades antimicrobianas.

La obtención de estructuras multicapa implica normalmente la presencia de polímeros que proporcionan alta y media barrera a los gases (oxígeno, vapor de agua), como el Etilen-Vinil-Alcohol (EVOH) y las poliamidas (PA).

Sin embargo, ambos materiales presentan una disminución de sus propiedades al ser expuestos a la humedad, con lo que su comportamiento en aplicaciones de envase se ve comprometido, por lo que es necesario el empleo de otras capas derivadas de poliolefinas para preservar sus propiedades.

Resumen y objetivos

El proyecto DEFER busca, por un lado, mejorar las propiedades barrera y mecánicas de matrices plásticas, concretamente del Etilen-Vinil-Alcohol (EVOH) y la Poliamida 6 (PA6), mediante un proceso de extrusión reactiva.

Junto a ello, y debido a la baja adherencia entre materiales polares (EVOH y PA) y apolares (PE y PP), que hace que hoy en día sea necesario introducir un adhesivo entre ambos, este proyecto busca también reducir el número de capas o la cantidad de adhesivo utilizado en un material multicapa mediante la incorporación de agentes reactivos que modifiquen su estructura química.

Por otro lado, en este proyecto se pretenden desarrollar polímeros con propiedades antimicrobianas con el fin de ser aplicados en el sector del envase y embalaje.

La diferencia entre el proyecto DEFER y otras iniciativas que también han permitido desarrollar envases antimicrobianos reside en que la incorporación del compuesto activo en la matriz polimérica se realizará a través de un proceso de extrusión reactiva y en que la liberación de este agente activo se logrará a través del uso de un estímulo externo, que podrá ser humedad, temperatura, pH, etc.

Información adicional

¿Qué es el EVOH?

Los copolímeros de Etilen-Vinil-Alcohol (EVOH) tienen una estructura química compuesta por dos tipos de polímeros dentro de una misma cadena: una parte apolar o hidrofóbica, que es la que está formada por el polietileno, y otra parte polar o hidrofílica, que es la formada por el poli-vinil-alcohol (PVOH).

El EVOH se utiliza ampliamente en la industria de envase debido a sus excelentes propiedades barrera frente a gases, hidrocarburos y disolventes orgánicos. Sin embargo, las propiedades de barrera, rigidez o resistencia a la tracción disminuyen drásticamente en condiciones de alta humedad relativa.

De forma convencional, en estructuras alta barrera basadas en EVOH, este se sitúa encapsulado entre capas de materiales con barrera a la humedad, como polietileno (PE) o polipropileno (PP). Entre PE y EVOH existe una baja adhesión, por lo que se requiere una capa de unión mediante un adhesivo. Por ello existe un elevado interés en conseguir compatibilizar estos polímeros. En este proyecto, se pretende mejorar la funcionalidad del EVOH para lograr una mejor adhesión al PE sin perder sus propiedades barrera.

¿Qué son las poliamidas?

Las poliamidas (PA), también conocidas como nylon, son polímeros lineales, caracterizados por la presencia de grupos amida enlazados por una cadena hidrocarbonada, como unidad repetitiva en la cadena del polímero.

Las poliamidas han sido aplicadas en multitud de áreas, destacando en los campos de la automoción, textil y, por supuesto, del envase.

Las poliamidas más importantes son poli (hexametileno adipamida) (PA66 o también llamada Nylon 6,6) y policaprolactama (PA6 o Nylon 6). Ambas tienen excelentes propiedades mecánicas, alta resistencia a la tracción, flexibilidad, buena capacidad de recuperación, baja fluencia y alta resistencia al impacto.

Cuando se comparan sus propiedades, la PA66 posee un buen equilibrio entre resistencia mecánica y química, rigidez y resistencia a la temperatura y al desgaste, siendo por ello la más utilizada. Sin embargo, la PA6 es más fácil de procesar, ya que requiere de temperaturas menores, presenta menor módulo elástico, menor contracción y elevadas propiedades ópticas, así como resistencia al impacto.

¿Qué es el proceso de extrusión reactiva?

Los procesos de extrusión son empleados convencionalmente para la transformación de polímeros. Esta técnica se aplica tanto en procesos de mezcla de polímeros y aditivos para su conversión mediante otras técnicas tales como la inyección, como para obtener productos finales como películas flexibles, láminas o perfiles.

Este proceso se basa en emplear una extrusora como un reactor químico horizontal equipado con husillos internos para el transporte, fusión, mezclado y conformado de plásticos. Con ello se busca producir materiales con funcionalidades o propiedades distintas a las del material de partida.

Resultados

• Se han introducido modificaciones mediante extrusión reactiva que logran disminuir su sensibilidad a la humedad del EVOH. Además, se han incorporado grupos funcionales que mejoran la compatibilidad de este material plástico con poliolefinas y que evitan el uso de capas de adhesivos en estructuras multicapa, lo que disminuye la cantidad de material utilizado y ayuda a su reciclabilidad.

• Se han desarrollado polímeros con propiedades antioxidantes en alimentos con contenido alcohólico gracias a la modificación del EVOH con agentes sólidos poco volátiles. Ello contribuye a alargar la vida útil de los alimentos que contengan los envases.