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LAMINAÇÃO: AGREGANDO VALOR À EMBALAGEM

LAMINAÇÃO: AGREGANDO VALOR À EMBALAGEM

ARTIGO TÉCNICO

 

Por Fabiana Silveira (*)

 

Entenda os requisitos, controles, parâmetros e principais particularidades do processo – nada fácil – de laminação de substratos plásticos flexíveis, utilizando os adesivos do tipo solventless

 

 

 

1.Introdução

O processo de laminação de embalagens plásticas flexíveis por meio da combinação de diferentes substratos é um recurso utilizado para agregar valor às mesmas, contribuir nas questões estéticas, aumentar as propriedades de barreira, proteger a impressão e reduzir custos. Uma das principais vantagens das embalagens laminadas é a união de propriedades de dois ou mais polímeros que, juntos, irão propiciar os requisitos necessários para o envase, o acondicionamento e proteção, a produtividade e até mesmo as condições do preparo do produto.

2. Adesivos solventless

O processo de laminação com adesivos poliuretânicos sem solventes (em inglês, solventless) foi desenvolvido como uma alternativa ao método convencional. As vantagens vão desde o baixo consumo de energia até a redução na emissão de VOCs (do inglês, Compostos Orgânicos Voláteis) e dos solventes residuais na embalagem. Esses adesivos são provenientes da reação de isocionatos aromáticos ou alifáticos (adesivo) com um poliol, resina de poliéster ou poliéter (catalisador). Por isso, para a laminação de filmes plásticos, os adesivos solventless na sua grande maioria são bi componentes, logo validamos um conjunto: o adesivo e o catalisador. A reação de polimerização começa a ocorrer a partir da mistura dos dois componentes, cuja reação principal demonstramos a seguir:

 

Os adesivos podem ser classificados em duas categorias. Uma delas é a dos alifáticos: são aqueles que possuem resistência à radiação ultravioleta (ao amarelecimento). Outra categoria é dos adesivos aromáticos; eles são divididos de acordo com a performance em relação à resistência química e térmica, que são:

a) Standard: podem ser mono ou bi componentes e são indicados para aplicações que não requerem resistência térmica e química;

b) Média performance: aplicações que requerem resistência térmica e química - são os mais utilizados no mercado de embalagens para alimentos, para pet food e produtos de limpeza em pó;

c) Alta performance: indicados para processos que requerem alta resistência ao ataque químico e térmico, como pasteurização, alto vácuo, esterilização e embalagens de produtos reativos.

3.  Projeto e escolha do conjunto adesivo

O sucesso de uma embalagem laminada se inicia pela avaliação técnica de todos os requisitos e a sua aplicação. Logo, para se alcançar o resultado esperado do projeto é necessário, em primeiro lugar, escolher adequadamente o tipo de conjunto adesivo e catalisador, levando em consideração alguns fatores, como descritos nos subitens a seguir, 3.1 a 3.5.

3.1. Estrutura da embalagem

Os tipos de substratos são definidos no desenvolvimento com base no produto a ser acondicionado: barreiras necessárias, processo de envase, questões estéticas, especificações de resistência à delaminação, processo de vedação, forma de apresentação no ponto de venda (PDV), requisitos legais e custos.

3.2. Interação entre tintas, solventes e conjunto adesivo

Esta interação deve ser previamente analisada e testada. Vale ressaltar que alguns layouts de embalagem, por exemplo, com degrades e cromias, possuem uma tendência maior às alterações estéticas provocadas pelo processo de laminação. (Veja exemplo à página 52). Em outros casos, exemplo das impressões chapadas, pode ocorrer o fenômeno de Ink smearing, ou seja, uma interação tão forte do adesivo com a tinta que ele a arranca do substrato em momentos de delaminação. A resistência à delaminação é muito menor na área de tinta, logo, se a embalagem possuir processo de solda a quente nessa região, algumas estruturas com resistência à delaminação, tipicamente baixa, poderão não resistir a esse processo e, assim, apresentar problemas relacionados à vedação da embalagem. Como os solventes utilizados no processo de impressão possuem uma afinidade muito grande com os adesivos, recomenda-se o controle do teor residual dos solventes. Alterações nos mesmos na etapa de impressão devem ter uma avaliação dos seus impactos também na laminação.

3.3. Exposição da embalagem no PDV

Como os adesivos aromáticos possuem uma tendência ao amarelecimento, esse fenômeno pode ocorrer em embalagens que ficam expostas à radiação ultravioleta. O branco fica amarelado, os tons de azuis, esverdeados e as cromias tendem a mudar de cor. Nessas situações, é importante avaliar a necessidade de utilização de adesivos alifáticos, que não são atacados por essas radiações. Existem fabricantes que possuem adesivos aromáticos menos suscetíveis a esse ataque, além disso, medidas como a aplicação do adesivo por baixo da tinta, o tipo de layout da embalagem e as cores utilizadas, também podem amenizar essa alteração. Se o tempo de exposição for curto, muitas vezes essas medidas retardam o aparecimento do problema. Geralmente se usa a regra: em embalagens que há necessidade de utilizar tintas com resistência à radiação ultravioleta, deve-se avaliar a necessidade no conjunto adesivo.

3.4. Tempo de cura

Como já mencionado, os adesivos poliuretanos são obtidos por meio da reação do isocionato com um poliol, e essa reação se inicia logo após a mistura do adesivo e do catalisador, que tem como particularidade o tempo de cura – nada mais é do que o tempo necessário para ocorrer a polimerização. Essa reação é dependente das condições ambientais (temperatura e umidade) e do tempo de espera entre a laminação e a etapa seguinte. O processo pode ser dividido em dois níveis: 1º) Cura macroscópica de um adesivo aromático, que é o tempo necessário para a movimentação da bobina e para que a mesma apresente a resistência à delaminação desejada (geralmente de 6 a 48 horas, conforme as recomendações do fabricante), à estrutura da embalagem e às condições ambientais. Já para os adesivos alifáticos, o tempo de cura macroscópica é mais estendido (em média 7 dias); e 2º) Cura microscópica de um adesivo aromático, que é o momento em que a reação está completa (geralmente de 7 a 10 dias após o processo de laminação). Esse é o tempo indicado para iniciar o processo de envase do produto com segurança, momento em que as características da embalagem em termos de coeficiente de fricção (cof) e resistência à delaminação se encontram estáveis. Geralmente quanto maior a barreira da estrutura, maior é o tempo de cura. No caso dos adesivos alifáticos, pode chegar a 21 dias.

3.5.  Velocidade do processo de laminação

Com o aumento constante das velocidades de produção por meio de máquinas laminadoras com uma gama de recursos que permitem explorar essa necessidade, os fabricantes de adesivos desenvolveram novos conjuntos que se adaptam a essa realidade. Uma das características que está relacionada à velocidade de produção, bem como à viscosidade, é o chamado “pot life”, ou seja, o tempo de vida útil depois da mistura do adesivo e catalisador na laminadora. Por isso, o adesivo deve ser específico para cada máquina, de acordo, principalmente com a velocidade de produção da mesma. Essa sua característica também impacta na limpeza do equipamento durante as paradas, apresentando uma tendência mais ou menos secativa, de acordo com esse parâmetro.

4. Processo de laminação

Após a análise dos critérios de escolha do adesivo, o segundo ponto que deve ser analisado são as condições de processo. Assim como as tintas para impressão, para alcançar o desempenho esperado na laminação, os parâmetros de máquina, expertise operacional e manutenção dos equipamentos e acessórios precisam estar dentro das condições adequadas. Os principais pontos que impactam na qualidade e no resultado do laminado veremos nos subitens 4.1 a 4.8.

4.1. Condições das bobinas dos substratos

O tipo e nível de tratamento superficial da bobina, o embobinamento inadequado (excesso de tensionamento, conicidade, rugas ou marcas), assim como as variações excessivas de espessura, o excesso de agentes deslizantes ou solventes de impressão são fatores que interferem diretamente na qualidade do laminado – problemas herdados das bobinas de substratos que podem causar defeitos, como: baixa força de adesão, irregularidade de aplicação, falha de umectação, canaletas, rugas, marcas na bobina laminada e embobinamento inadequado.

4.2. Temperaturas do adesivo e catalisador

Um dos requisitos que regula a viscosidade destes componentes é a temperatura. É importante se ter um controle da mesma nos tambores de acondicionamento do adesivo e das “panelas” ou reservatórios dos dosadores. Essas temperaturas são padronizadas de acordo com as condições ambientais: se existem variações extremas no inverno e verão, as temperaturas de trabalho também variam. É recomendado pelos fabricantes um pré-aquecimento nos tambores do adesivo e do catalisador através da utilização de cintas aquecedoras, bem como cobrir as mangueiras de transporte com revestimento térmico e (ou) aquecido, evitando um choque térmico na chegada da mistura à máquina. É comum, em regiões geográficas de temperatura ambiental elevada, não se verificar a necessidade de tais recursos.

4.3. Umidade

Um dos agentes de cura do conjunto adesivo e catalisador é a umidade. Por isso, a vedação dos tambores, de cintas e a limpeza dos bicos dosadores é de extrema importância para evitar a chegada de adesivo polimerizado à máquina laminadora, evitando alterações, como proporção de mistura incorreta e falha de aplicação. As trocas de tambores são um momento crítico, pois bolhas de ar podem ficar retidas nos mesmos e nas mangueiras. O sistema de big bags diminui o processo de troca, muitos fabricantes já trabalham com esse tipo de embalagem. Um compartimento de sílica, ligado diretamente aos tambores, também deve ser utilizado.

4.4. Equipamento dosador e controle da proporção de mistura

Todo conjunto adesivo e catalisador possui uma relação de mistura adequada para que a reação ocorra da forma esperada e completa. Esse é um dos parâmetros de controle crítico para o sucesso de uma estrutura laminada no processo solventless. Quem comanda as quantidades é o equipamento dosador. Por isso, a limpeza, manutenção e tecnologia do mesmo garantem uma mistura em proporções corretas. Além dos controles com o equipamento, o teste de proporção de mistura, a limpeza e avaliação das condições do bico misturador garantem este requisito desse processo. A aplicação da mistura na máquina não deve ser direcionada em apenas uma área dos cilindros R1 e R2, sendo recomendável que o bico esteja em constante movimento para diminuir o tempo de exposição da mistura com a umidade. Dessa forma, sempre está sendo lançada mistura “nova” em todas as partes dos rolos, evitando que se aplique adesivo já em processo de cura no substrato.

4.5. Rolos de borracha

Os rolos de borracha, ou camisas, são os acessórios que transferem a mistura de adesivo e catalisador ao substrato. Por isso, nesses rolos, a dureza dos mesmos e o estado da superfície são pré-requisitos para o correto espalhamento da mistura no filme. O principal fator que contribui para a vida útil dos cilindros de borracha é a limpeza adequada, visto que a mistura residual, deixada neles após o término da laminação, tende a curar muito rápido e, uma vez curado, a mistura fica impregnada no rolo, deixando-o brilhante e reduzindo a porosidade da borracha. O recomendado é realizar a limpeza, logo após o término do pedido e de maneira completa, sem deixar resíduos.

4.6. Controles de parâmetros de processo

Tensões, pressões, percentual de aplicação da mistura, gramatura aplicada e temperaturas são os principais parâmetros de processo que devem ser contralados. É importante que o operador tenha ciência de que deverá alterá-los de acordo com a estrutura a ser laminada. Alguns substratos, como filmes rígidos, de PET ou BOPP, impõem também limitações de velocidade. Alterações de temperatura no Nip Rol auxiliam em questões de espalhamento do adesivo, brilho do laminado, mas também podem impactar no cof final da bobina. É recomendado, como boa prática, um check operacional, onde, além de registrar os parâmetros de processo utilizados no pedido em questão, também são registrados os controles de produto, como gramatura aplicada, proporção de mistura, código e lote dos adesivos utilizados e ainda a amostra de retenção das bobinas. Com essas informações é possível criar um histórico desses parâmetros para auxiliar nos próximos setups. A identificação das bobinas por meio de etiquetas, indicando o horário de término da laminação, contribui para que a etapa posterior siga um sistema de FIFO, evitando o uso de bobinas que não estejam com o tempo de cura adequado.

4.7. Acondicionamento da bobina pós laminação

As primeiras horas após a laminação são as mais críticas para o processo de cura e para evitar perdas por marcas indesejadas na bobina. Por isso, a recomendação é deixa-la suspensa pelas três primeiras horas após o processo de laminação. Para acelerar a cura, principalmente, em temperaturas-ambientes baixas, é comum fazer uma estufa no local, utilizando aquecimento do ambiente durante período.

4.8. Gramatura aplicada

O controle da gramatura de adesivo é essencial para atingir os resultados esperados. Quando fora dos padrões recomendados, tanto no limite superior quanto no inferior, ela causa problemas no laminado. A gramatura do adesivo abaixo do recomendado pode causar alterações, como resistência à delaminação, química e térmica baixas, assim como o espalhamento inadequado. Já aquela acima do limite superior, além de acarretar em custo, impacta em tempo de cura, alterações de cof, de rigidez da embalagem e defeitos estéticos.

 

 

 

 

 

 

 

 


5. Conclusão

Tão importante quanto as demais etapas, o processo de laminação é um aliado no sucesso do projeto da embalagem. Uma particularidade é o fato de que os problemas associados à laminação dificilmente são percebidos no momento da mesma. É comum nos depararmos na etapa de acabamento da embalagem com defeitos, como: falhas, marcas, espalhamento inadequado, baixa resistência à delaminação e alterações na impressão. Outras questões relacionadas com a resistência química e térmica podem ocorrer ainda durante e após o acondicionamento do produto. No processo de validação de adesivos, as questões de segurança alimentar e toxicidade dos componentes precisam estar presentes. Por isso, análise crítica no desenvolvimento da embalagem, controles, conhecimento operacional, registros, boas práticas de fabricação e treinamentos dos operadores auxiliam e nos dão embasamento teórico para que, ao final do processo, tenhamos atingido os objetivos do projeto.

 

 

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Fabiana Silveira (*)

Técnica em Química, pela E.E.T. São João Batista, do Rio Grande do Sul. Licenciada em Química pela Universidade Luterana do Brasil, cursando MBA em Gestão da Qualidade, Competividade e Certificações, pela Faculdade da Serra Gaúcha. Atua no segmento de embalagens plásticas flexíveis há 11 anos, nas áreas de desenvolvimento, engenharia de processo, controle e gestão da qualidade. É Coordenadora de Gestão da Qualidade na Bazei Plásticos e Embalagens Ltda. Contato: fabiana@bazei.com.br

 

 

 

 

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