Aplicaciones que motivan nuevos desarrollos en polietilenos

La producción de resinas de polietileno ha estado en auge durante los últimos años en América del Norte, con nuevos grados commodity, que son posibles gracias a alianzas entre productores y clientes para complementar o mejorar las tecnologías de cada uno. Al mismo tiempo, se han desarrollado grados especiales de mayor rendimiento para satisfacer las principales tendencias del mercado, que incluyen la sustentabilidad, la conveniencia del consumidor y la evolución de las necesidades de empaques para e-commerce.

Personas clave de tres proveedores líderes de polietileno (PE) analizaron estas tendencias y discutieron las aplicaciones en crecimiento, así como los nuevos materiales desarrollados en los últimos tres a cinco años para satisfacer las necesidades del mercado. Estas personas fueron Luis Orozco, gerente de TS&D de Braskem Idesa; Olivier Lorge, gerente de desarrollo de mercado global de ExxonMobil Chemical; Chris Foy, líder de I+D en PE, y Alan Schrob, líder del grupo de mercado, ambos de Nova Chemicals.

Los aspectos relacionados con la sustentabilidad se extendieron casi por todas discusiones y cubrieron temas como el plástico en los océanos, la reutilización y el reciclaje, así como la transición a estructuras monomaterial.

En el marco del concurso anual de Premios de Empaque Flexible número 63, realizado a comienzos de marzo de este año, la Flexible Packaging Association (FPA) señaló que la sustentabilidad sigue siendo un tema central. Hablando en nombre de los jueces, Robert Kimmel, profesor asociado y director del Centro de Empaques Flexibles de la Universidad de Clemson, señaló: “Vimos varios ejemplos de materiales biobasados y compostables, pero lo que consideramos más significativo son ejemplos excelentes de conversión de películas multicapa hacia monomateriales, más fáciles de reciclar. Creemos que esto es muy importante para el futuro de la industria”.

De acuerdo con Alan Schrob, de Nova Chemicals: “Como industria, tenemos la responsabilidad de educar a los consumidores sobre el valor de los plásticos en sus vidas y de ser parte de la solución; reducir los envases innecesarios y el desperdicio de alimentos para asegurar que todos traten el plástico al final de su vida útil como los recursos valiosos de carbono que son, además de su posibilidad de ser reciclados, lo que en última instancia evitará que se conviertan en basura en nuestro entorno natural”.

“La sustentabilidad y la circularidad de los plásticos es algo que tenemos muy arraigado en la empresa. Braskem Idesa ha hecho varios esfuerzos de voluntariado e iniciativas para fomentar la valorización de los residuos plásticos en México, que permitan reintegrarlos al ciclo productivo”, comentó Orozco de Braskem Idesa.

Uno de los retos establecidos por el Acuerdo Global de la Nueva Economía de los Plásticos, firmado por más de 250 organizaciones internacionales, establece que muchas aplicaciones deben ser rediseñadas para que sean más amigables con el ecosistema de reciclaje y para mantener a los plásticos fuera del flujo de desechos.

Sobre las posibilidades tecnológicas que existen en este aspecto, Foy y Schrob, de Nova Chemicals, ofrecieron estos ejemplos:

• Reducir el desperdicio de alimentos a través de empaques plásticos mejorados: la mejora del rendimiento de la barrera contra la humedad y el oxígeno, así como la integridad del empaque (resistencia y sellado) en estructuras de películas flexibles de PE ayudan a prolongar la vida de anaquel, y a reducir el desperdicio de alimentos.

• Ampliación de los usos del reciclado post-consumo (PCR): en toda la industria, existe investigación y desarrollo en tecnología para crear flujos de PE reciclados "limpios" y encontrar formas de incorporarlos en productos terminados con un rendimiento comparable al de la resina virgen.

• Pasar de multimaterial a monomaterial: en muchas aplicaciones de empaques para alimentos, que incluyen bolsas parables (stand up pouch) y envolturas sellables, las películas se hacen comúnmente utilizando materiales mixtos en la estructura. Varias compañías dueñas de marca están trabajando con proveedores y procesadores para rediseñar esas estructuras y eliminar el foil, el nylon u otros materiales, con el fin de satisfacer la demanda de sostenibilidad y los plazos agresivos de reciclaje que se han establecido. Hasta ahora, las películas multicapa, junto con la laminación, han sido las tecnologías de producción dominantes para muchas aplicaciones, pero ahora podrían tener mayor cabida las películas de PE biorientadas para lograr películas más rígidas y resistentes.

• Conversión de rígidos a flexibles: reemplazar los materiales de empaque tradicionales con plásticos flexibles puede reducir el volumen de empaque en un 75-97%. Si bien hay un creciente movimiento anti-plástico centrado en la reducción y eliminación de algunos plásticos de un solo uso, los estudios muestran que el plástico no solo tiene un menor impacto en el carbono del ciclo de vida total, sino que también es más rentable. Las fuentes de la industria abogan por cambiar la economía de los plásticos al final de su vida útil y construir una infraestructura de recolección y reciclaje de desechos en las regiones de rápido desarrollo del mundo, especialmente en el sudeste asiático, para detener el flujo de plásticos y otros materiales hacia vías fluviales y océanos.

La conveniencia para el consumidor también es un factor clave que se hace evidente en los alimentos para llevar, alimento pre porcionado, empaques resellables y en el cambio minorista hacia el e-commerce. Si bien la optimización del empaque para este segmento se encuentra en las primeras etapas, se espera ver a las compañías dueñas de marca buscando empaques individuales más rentables, con estructuras flexibles y fácilmente reciclables.

Por ejemplo, las bolsas exprimibles (squeeze pouches) requieren un cierre para la dispensación, por lo que el desarrollo se centra en garantizar que la totalidad de estos nuevos componentes sean reciclables a la vez que proporcionen integridad del sello, vida útil y otros atributos de rendimiento requeridos.

El e-commerce ha sido impulsado en parte por la conveniencia. El empaque de cualquier producto que pueda venderse en línea se está repensando a través de la lente de la cadena de suministro de comercio electrónico, dicen Foy y Schrob. Grandes vendedores en línea como Amazon, Walmart, entre otros, persiguen objetivos de sostenibilidad y están buscando formas de eliminar las cajas de cartón secundarias y enviar los productos en su propio empaque. El "empaque libre de frustración" de Amazon es un ejemplo significativo. Esto es otra razón de peso para desarrollar empaques más resistentes que lleguen intactos a la puerta del consumidor.

De acuerdo con Orozco, Braskem Idesa desarrolló un grado de altísima transparencia y altísima rigidez para producción de película, que llevó a la fabricación de un concepto de caja transparente que permite aligerar el empaque de productos de manera significativa, pero con alto brillo y visibilidad de los productos en anaquel, también aplicable a e-commerce.

¿Dónde están los esfuerzos de I+D?

La mayor parte de los esfuerzos actuales de investigación y desarrollo parecen involucrar PE producido con metaloceno u otros catalizadores. Lorge, de ExxonMobil, identificó dos tipos de actividades actuales de I+D a nivel mundial. En su sitio de Baytown,Texas, el enfoque está en la investigación de procesos y catalizadores, es decir, catalizadores novedosos que pueden producir nuevos polímeros que proporcionan un rendimiento y procesabilidad excepcional.

Las familias de Exceed y las nuevas Exceed XP de película en PELBD de hexano metaloceno forman parte de este impulso de I+D, al igual que las nuevas incorporaciones al portafolio de Exxonmobil de elastómeros especiales de propileno-etileno Vistamaxx, lanzados por primera vez en el 2003 para uso en aplicaciones amplias desde tejidos suaves y películas hasta TPOs de alta dureza. En sus instalaciones de Bélgica y China, el énfasis está en el desarrollo de aplicaciones. Dice Lorge: “Estamos trabajando con nuestros clientes en el desarrollo de soluciones innovadoras, películas laminadas y empaques en PE para productos que van desde alimentos hasta productos líquidos de limpieza para el hogar, utilizando nuestro Exceed XP”.

Al señalar que la sostenibilidad ha sido uno de los pilares de Braskem Idesa, especialmente en I+D, Luis Orozco Aragón afirma: “En R&D estamos trabajando en nuevas soluciones enfocadas en este sentido. Muchos de nuestros clientes son compañías dueñas de marca que tienen estrategias de la sustentabilidad, y nosotros trabajamos en conjunto con ellos para hacerlo posible”.

Justamente, la compañía ha puesto sus esfuerzos en el desarrollo de grados bimodales, que ayudan a la reducción de peso sin sacrificar el desempeño. Inclusive tienen mejor resistencia con respecto a los grados monomodales. “Con este producto hemos llegado a tener reducción de 10 a 25% del peso de empaques fabricados mediante extrusión soplado de volumen pequeño, entre 100 ml a 20 litros. Gracias a un producto más ligero, se utiliza menos plástico y se generan una serie de beneficios en la cadena de valor”, comentó el ejecutivo de Braskem Idesa.

Estos grados son producidos en México la planta de Nanchital, en la región de Coatzacoalcos, que tiene una capacidad de producción de 1 millón 50 mil toneladas anuales, y ha manejado altas tasas de operación desde su apertura hace tres años. Del total de la producción, 70% se queda en el mercado interno de México y 30% va a exportación a más de 50 países.

Fay y Schrob, de Nova Chemicals, ven una creciente demanda de PE de mayor valor a partir de metaloceno u otros catalizadores gracias a los requisitos de rendimiento en las aplicaciones de empaques actuales. Dicen que esta es la razón por la que estamos viendo expansiones en la capacidad de PE de octeno, incluida la segunda planta avanzada de Sclairtech en Nova. De acuerdo con Foy, la tecnología bimodal permite la flexibilidad en el diseño de la estructura de PE y la adaptación del rendimiento en el uso final, lo que lleva a resinas altamente diferenciadas en ítems como mejores sellos o barreras en aplicaciones de películas exigentes. Esta tecnología también permite obtener las mejores resinas de su clase para el rotomoldeo.

Enfoques en empaques para alimentos

Los empaques para alimentos sobresalen como una de las áreas más populares en el desarrollo de aplicaciones, con estructuras totalmente de PE para bolsas parables y películas flexibles para congelados encabezando la lista.

Todas las fuentes consideran que las bolsas parables son una gran solución en reemplazo de latas de aluminio y frascos de vidrio. Estos empaques producen un 70% menos de emisiones que el aluminio, ocupan mucho menos espacio, son muy resistentes a los daños y son más seguras para el transporte. Estos nuevos empaques en PE también ofrecen mejor facilidad en el uso, buena apariencia y excelente capacidad de impresión.

La primera bolsa parable fabricada completamente en PE se comercializó en 2016 por el procesador de películas Accredo Packaging de Sugar Land, Texas, en colaboración con Dow Chemical, en una aplicación para empaque de pods de jabón lavaplatos de Seventh Generation.

Lorge dice que los investigadores de ExxonMobil están trabajando para reemplazar el nylon 6 orientado y el PET. “Un cliente latinoamericano reemplazó con éxito una capa de nylon 6, que proporciona resistencia y flexibilidad al empaque flexible, con una resina Exceed XP y una capa de EVOH muy delgada, lo que hace que el producto sea fácil de reciclar”.

Lorge también ofrece como ejemplo una película flexible totalmente en PE para una marca de pollos congelados. Esta contiene una estructura de tres capas, con copolímero Enable de hexano metaloceno, PEAD y Exceed XP en la capa selladora. ExxonMobil también lanzó recientemente el nuevo Exceed XP 8784 para películas coextruidas de alto rendimiento para sacos laminados, películas para congelados, empaques de barrera y sachets.

Fay y Schrob, de Nova, señalan que la compañía ofrece numerosas resinas adecuadas para productos congelados, incluida una que se utiliza en una nueva película reciclable de barrera contra la humedad. El Surpass HPs667-AB de Nova es un PEAD bimodal que se dice que proporciona una excelente barrera al oxígeno y rigidez en las láminas de extrusión y / o películas extruidas. (El equivalente de película soplada de esta resina es HPs167-AB).

El material puede ayudar a reemplazar las películas multimateriales, agrega rigidez para ayudar en las conversiones de rígido a flexible y se puede usar en aplicaciones de moldeo por inyección donde se requiere una alta barrera. El material fue utilizado en un contenedor de leche por Tetra Pak en el 2016 y se dice que es la primera botella de cartón aséptica del mundo para leche.

La última incorporación de Braskem América a su familia Proxess de PELBD metaloceno es la Proxess1509XP, promocionada por su excelente procesabilidad, flexibilidad de procesamiento (utilizable con cualquier configuración de husillo) y mezcla con otras resinas. Esta tiene un coeficiente de fricción (COF) de 0,9 MI estables debido a un paquete de aditivos especiales adaptados específicamente para la laminación. Según se informa, puede reemplazar el PEBD u otros PELBD metalocénicos, incluidos los de tipos octeno, debido a su capacidad de procesamiento superior

Sacos para trabajo pesado

Como ejemplo de progreso en este campo, ha habido una gran mejora en los sacos para resina plástica de 25 kg / 55.2 lb, que hoy en día tienen 105 micrones de espesor, con una reducción de más del 50% desde 1998. Lorge dice que estos tienen películas de tres capas con Exceed XP en la cara externa y una mezcla de Exceed XP y PEAD en el núcleo, lo que proporciona un excelente sellado y una excelente rigidez. Estas estructuras también están reemplazando en Asia las bolsas de rafia de PP para arroz y fertilizantes (50 kg / 110.3 lb).

La resina selladora Surpass VPsK914 ultra duradera y resistente al abuso también desempeña un papel importante en los sacos de trabajo pesado para contenidos afilados y pesados.

Película stretch y fundas para pallets

La tecnología de película extruida pre-estirada (PPS) impulsada por ExxonMobil para asegurar cargas / pallets de diversos productos en el transporte está creciendo rápidamente en los Estados Unidos y Europa, dice Lorge. “Hemos estado trabajando con productores de películas stretch y fabricantes de máquinas para mejorar las estructuras de estas películas. La familia de TPE olefínicos especializados catalizados por metaloceno Vistamaxx 6000, específicamente dirigidos a las películas de PPS se combina con el LLDPE metalocénico Exceed XP 580 para proporcionar la resistencia adicional y el elongamiento necesario".

Schrob, de Nova, señala que la película stretch básica tradicional es un mercado muy grande y maduro para el cual Nova ofrece varios productos, tanto resinas sopladas como extruidas. El nuevo Novapol PF-Y-818 es un LLDPE de buteno que se dice es más resistente y claro que el PELBD de buteno tradicional, y puede procesarse hasta un 20% más rápido en muchas líneas de película soplada. Las aplicaciones incluyen película stretch, bolsas de venta al por menor, bolsas de basura y revestimientos industriales.

Braskem América ofrece resinas LLDPE metalocénicas Flexus resistentes a los pinchazos e impactos, y está asociada con SML Maschinengesellschaft mbH de Austria para desarrollar nuevas soluciones para el segmento de películas stretch. En la feria K 2016 en Alemania, las dos firmas presentaron una película stretch de 13 capas y 12 micrones con propiedades sobresalientes. Las dos resinas Flexus disponibles para películas stretch son la 3600, con un grado de 4.5 MI y la 7200 XP, con un grado de 3.5 MI. La resina Flexus Cling, con un grado de 4.3 MI, está diseñada para la capa adhesiva.

De acuerdo con Lorge, la tecnología alternativa de película soplada para fundas de pallets tiene un crecimiento rápido tanto para productos paletizados como para aparatos. Por lo general, las estructuras de película de tres capas, en las que intervienen las resinas Exceed XP y Engage, ofrecen una mejor protección contra la lluvia y otros contaminantes, además de contar con alta resistencia mecánica, alta resistencia al rasgado y excelente resistencia a la perforación, así como una alta recuperación elástica. A pesar de sus ventajas cuesta menos que el cartón.

Tapas

Hay una tendencia mundial que comenzó hace varios años hacia la reducción del cuello de la botella de PET para el envasado de bebidas. Esta reducción del cuello requiere que las tapas sean más cortas, lo cual genera un reto técnico en lograr que la tapa sea fabricada de un solo material, y no de materiales compuestos. “Justamente, las resinas bimodales de inyección brindan una solución en este aspecto y nosotros estamos en proceso de lanzar la nuestra aquí en México para beneficiar al mercado mexicano. Actualmente esas resinas son importadas de Estados Unidos o de Europa, y los precios no incentivan la migración hacia esas tecnologías. El nuevo grado, producido en México, podría estar disponible en el mercado entre 6 meses y 1 año, dependiendo de las validaciones con los dueños de marca”, comentó Orozco de Braskem Idesa.

Según el ejecutivo, la solución de fabricar estas tapas con PEAD bimodal mediante moldeo por inyección va muy alineado con la circularidad de los plásticos, pues al ser fabricado de un solo material facilita su reciclaje. “Este material es muy puro, y por lo general no se pigmenta, lo que permite que las tapas sean fácilmente reutilizadas en otras aplicaciones”, agregó.

Para el mercado de empaque rígido, Fay y Schrob apuntan al desarrollo de Nova en HDPE que aprovechan la tecnología de catalizadores Advanced Sclairtech de la compañía. La resina SurHD CCs757 sHDPE fue diseñada específicamente para tapas de agua, donde la velocidad de la línea, los organolépticos, la consistencia y el rendimiento físico son esenciales.

La resina sHDPE Surpass CCs154 está diseñada para bebidas gaseosas. Aprovecha la misma tecnología que CCs757, pero se adapta a la presión de carbonatación y ESCR.

La resina Sclair 2807CC está diseñada para múltiples aplicaciones, incluyendo bebidas no carbonatadas, cuidado personal y tapas industriales, y es adecuada para tapas en PE de una pieza para aplicaciones de bebidas de llenado en caliente de peso estándar. Su excelente equilibrio de procesabilidad, rigidez, ESCR y propiedades organolépticas permiten la consolidación de resinas para los fabricantes de tapas.

Rotomoldeo

Los tambores en polietileno, los IBC (contenedores intermedios a granel) y los tanques de almacenamiento ofrecen beneficios significativos sobre el metal en muchas aplicaciones: son anticorrosivos, más ligeros, más asequibles, no reactivos a ácidos y productos químicos y menos susceptibles a temperaturas extremas. Estos contenedores industriales moldeados por soplado o rotomoldeados requieren menos energía para su producción y se pueden reutilizar o reciclar una y otra vez.

Nova ha desarrollado la resina sHDPE Surpass RMs245-U / UG específicamente para grandes tanques y productos personalizados rotomoldeados. Este "actor integral", dicen Fay y Schrob, tiene una combinación líder en la industria de rigidez, resistencia y ESCR. También tiene la mejor clasificación base de diseño hidrostático (HDR) de 1600 psi, lo que se traduce en una mayor rigidez de la pared lateral en grandes tanques de almacenamiento. Una mayor rigidez permite reducir el espesor de la pared del tanque en un 10-20%, o hacer paredes con el mismo grosor que tienen un margen de seguridad adicional. También cuenta con excelentes características de flujo de masa y procesamiento.

Más opciones del crecimiento para el PE

• Geomembranas. Braskem Idesa ha desarrollado esta aplicación que exalta el valor de la durabilidad de los plásticos. Las geomembranas son unas películas de alto espesor para rellenos sanitarios y tiraderos, que evita que los lixiviados que se generan por la degradación de los residuos sólidos afecten el suelo. Este mismo producto se puede utilizar para hacer carreteras mucho más duraderas y también para hacer por ejemplo tinas de agua y lagos artificiales en suelos porosos. De acuerdo con Orozco, es un producto muy especial porque tiene una rigidez y una resistencia a la punción que lo hace muy durable. “Este mercado y este producto es el resultado de una cooperación con nuestros clientes”, comentó.
   
• Grados de PE para un reciclado mejorado. ExxonMobil ha estado utilizando la frase "Repiensa el reciclaje" para promover sus polímeros de rendimiento Vistamaxx, que, según informan, permiten el reciclaje a bajo costo para aplicaciones de alto valor. El uso de Vistamaxx para compatibilizar el reciclaje de PE y PP reduce la necesidad de una separación de materiales costosa y prolongada, y permite un mayor contenido de PCR, al tiempo que mejora el rendimiento del producto final.

Nova Chemicals ha formulado el nuevo Novapol PF-0118-FI, un copolímero de buteno y LLDPE de grado 1.0 MI y densidad 0.919 g / cc, para ser más tolerante y robusto bajo los rigores del reciclaje. Se puede reciclar con mayor frecuencia o se puede utilizar para mejorar un porcentaje más alto de PCR de menor calidad. Probablemente sea la primera de una familia de resinas de este tipo, está diseñada para el mezclado, bolsas de basura, revestimientos, empaques en general, bolsas para trabajos pesados, película stretch y películas para prendas de vestir. Nova está trabajando con los clientes para ayudar a las compañías dueñas de marca a convertir sus aplicaciones flexibles de materiales mixtos y difíciles de reciclar en fórmulas más amigables con el medio ambiente. Se está trabajando en la incorporación de PCR en empaques y productos que actualmente se hacen con material 100% virgen.

La plataforma de reciclaje Wecycle de Braskem implica trabajar con diferentes tecnologías para todos los tipos de PE y PP. La tecnología utilizada para PELBD, PEBD y PP está siendo sometida a pruebas de laboratorio; La tecnología para PEAD está en la etapa de validación con pruebas en curso con los clientes y socios que están probando la resina reciclada como materia prima en envases termoformados de pequeño volumen. La tecnología prometedora permitió la creación de HDPE reciclado con alta calidad y un alto porcentaje  de reciclado post-consumo de envases termoformados para el hogar.

• Películas agrícolas. Las películas de abono y de invernadero están creciendo rápidamente en Asia y Australia, y es otra área donde el Exceed XP de ExxonMobil está ganando participación de mercado. Dice Lorge: "Una de las aplicaciones más recientes es con un productor australiano de películas de abono que ha hecho una película negra de tres capas hecha de Exceed XP en la cara exterior y el núcleo que permitió la reducción del espesor en un 25%.