Extrusión de película soplada

Introducción

El proceso de extrusión de película soplada o película tubular es el método más común para la fabricación de películas o films, y en general se utiliza para fabricar bolsas de plásticos termoplásticos. Más de la mitad de las películas producidas hoy en día se hacen de polietileno, en su mayoría de baja densidad. El polipropileno es otro de los materiales ampliamente utilizados. El término película se refiere a espesores por debajo de 0,5 mm. Se usan películas delgadas para material de empaque (envolturas, bolsas para abarrotes y bolsas de basura); las aplicaciones de películas más gruesas incluyen cubiertas y revestimientos, por ejemplo cubiertas para piscinas y revestimientos para canales de irrigación. Mediante el proceso de extrusión de película soplada en general se obtienen espesores de película de ~10 a 250 micrones. Junto con la extrusión de película colada, la extrusión de película soplada son los métodos más habituales de fabricación de películas. Una ventaja de la extrusión de película soplada sobre la extrusión de película plana tradicional (colada) es que en este último no es posible obtener bordes de calidad directamente.

Línea de extrusión de película soplada

Descripción del proceso

Esquema de extrusión de película soplada

En las líneas de película soplada la extrusora está equipada con una boquilla anular, dirigida habitualmente hacia arriba. Por el interior de la boquilla se inyecta aire que queda confinado en el interior del material que sale por la boquilla y que es contenido, como si de una gran burbuja se tratara, por un par de rodillos situados en la parte superior (rodillos de colapsado). A la salida del cabezal el material se enfría bruscamente mediante una corriente forzada de aire que pasa a través de una cámara anular (anillo de enfriamiento) y se dirige concéntrica y uniformemente sobre la burbuja.

Anillo de enfriamiento

Si el flujo del aire no está bien regulado o no es concéntrico con la burbuja, se produce una diversidad de espesores que dan lugar a la formación de ondulaciones. El cociente entre el diámetro de la burbuja y el diámetro de la boquilla se llama proporción de explosión o relación de soplado y suele estar en el intervalo de 2,0 a 2,5.

La película enfriada pasa a través de las placas guías (canasto) y se aplasta entre dos rodillos de tiro y colapsado, pasando por otros rodillos que sirven de guía, antes de pasar a los tambores de almacenamiento (rodillos de enrollado), donde se recoge la bobina.

Bobinadora

En el rodillo de bobinado se disponen una serie de rodillos que evitan la formación de pliegues los cuales se denominan rodillos guías.
Entre los rodillos de arrastre y los de enrollado se disponen generalmente los sistemas de tratamiento y eliminación de cargas estáticas formado por cepillos conductores de electricidad con puesta a tierra que rozan la superficie de la película, ya colapsada, a fin de eliminar corriente estática.

Cepillo antiestático de fibra de carbono

La mayoría de los sistemas comerciales están provistos de instalaciones de almacenamiento gemelo, de modo que un tambor lleno pueda ser retirado sin parar el proceso productivo.

Bobinadora de doble estación

La calandra de tiraje (rodillos de tiro y colapsado) está compuesta por dos cilindros revestidos de caucho duro, u otro material que no se adhiera al film, que deben producir una presión de cierre uniforme, tirando del film con una velocidad de arrastre que, en definitiva, va a determinar el espesor del film.

Rodillos de tiro

Características del proceso
En algunos casos, mediante el soplado, el material se expande hasta tres veces su diámetro original, y a la vez es estirado por los rodillos que se encuentran en la parte superior, de modo que se orienta biaxialmente. El material sale de la boquilla en estado fundido, pero conforme asciende se enfría, gracias a la corriente de aire que circula por el exterior de la burbuja, de modo que solidifica, "congelando" la orientación en las dos direcciones, axial y longitudinal. El punto de solidificación se suele apreciar fácilmente debido a la pérdida de transparencia del material al pasar del estado amorfo al cristalino o semicristalino. A este proceso se le conoce como "estabilización de la burbuja". La orientación biaxial confiere muy buenas propiedades mecánicas a la película.
Si se mira detenidamente el proceso resulta extraño, en principio, que mientras que el material permanece en estado fundido la burbuja no se rompa (se trata de un material fundido, fluyendo en una capa muy delgada, y sobre el que se aplican grandes esfuerzos). La respuesta está en el tipo de esfuerzos al que el fundido es sometido. Los esfuerzos que actúan sobre el material son perpendiculares (de tracción) al material. Ante un esfuerzo de este tipo los polímeros desarrollan una viscosidad que suele ser 3 veces superior a su valor cuando el esfuerzo es aplicado tangencialmente y que se conoce como viscosidad extensional. La viscosidad extensional además se mantiene constante para la mayoría de los polímeros al aumentar el esfuerzo de tracción aplicado. A este comportamiento se le conoce como Troutoniano. En algunos casos como ocurre con el polietileno que generalmente se emplea en estos procesos, la viscosidad aumenta al aumentar el esfuerzo de tracción aplicado, con lo que si en alguna zona la capa de material es más fina, el esfuerzo (fuerza/sección) será mayor, por lo que la viscosidad del material en esa zona aumentará, contribuyendo a la estabilización de la burbuja.

Película soplada de polipropileno
Existe un contraste interesante en la producción de la película de polipropileno. El polipropileno adelgaza por tracción cuando esta fundido y además su rapidez de cristalización, durante el enfriamiento, es muy lenta; esto le impide intervenir en el proceso de soplado de película común que se explicó anteriormente. Se adopta, por tanto, una técnica diferente en la cual el material obtenido por extrusión se enfría bruscamente mientras esta en el estado fundido con agua muy fría para obtener un tubo amorfo gomoso. Luego se recalienta hasta la temperatura a la cual se obtiene una máxima cristalización y luego se sopla.

Enfriamiento con agua

Cabe señalar, que el procedimiento del polipropileno funciona verticalmente hacia abajo. Al soplar dentro del tubo recalentado se evitan los problemas que acompañan a una fusión adelgazante por tracción y una cristalización lenta que daría lugar a una burbuja inestable. Este procedimiento del polipropileno es especialmente interesante porque simboliza el fundamento de estirar y soplar botellas, el cual adquirió importancia para envasar bebidas carbonatadas.

Esquema de línea de extrusión para película biorientada de PP

La película soplada de polipropileno tiene un uso importante para empaquetar. Es la película "crujiente" que no se deja torcer cuando se desea desechar, se utiliza mucho en paquetes de papas fritas y en el exterior de paquetes de té y tabaco. La película para tabaco tiene que ser especialmente impermeable a los gases con el fin de retener niveles de humedad y aroma en el contenido. Para mejorar sus propiedades en este aspecto, se reviste con cloruro de polivinilideno a partir de una dispersión acuosa y se seca luego.

Línea de extrusión de película soplada de PP

Coextrusión
Los requerimientos de muchos productos, particularmente en aplicaciones para envases, son tales que no se puede utilizar un único plástico, si no que tienen que ser combinados dos o más materiales. Esto ocurre cuando el producto obtenido debe presentar buenas propiedades barrera (permeación a gases), resistencia química, una determinada apariencia, etc. Existe un grupo de técnicas de combinación de diferentes materiales; las más frecuentes son coextrusión, recubrimiento y laminado. La coextrusión consiste en combinar dos o más plásticos haciéndolos pasar por una boquilla de extrusión. Cada material se procesa en una extrusora diferente, compartiendo todas las extrusoras la misma boquilla.

Coextrusión de película soplada (5 capas)

El estado del arte en la coextrusión de película soplada nos permite obtener film de tres, cinco, siete y hasta nueve capas.

Cabezal de extrusión de película soplada para film de 9 capas

Las ventajas de la coextrusión radican en la obtención de películas con mayor flexibilidad, reducción de costos de formulación, reducción de espesores, incremento de propiedades mecánicas, incremento del efecto barrera y mejoras en la procesabilidad del empaque como por ejemplo el termosellado. Pero principalmente permite obtener películas con capas de polímeros que difícilmente se podrían obtener solas mediante este método de conformación, como por ejemplo las poliamidas.

Ejemplo de composición de un film de 5 capas

Ejemplo de composición de un film de 7 capas

Campo de aplicación
Los films mono capa tienen una función genérica, utilizados para bolsas de uso general, mientras que los films multicapa son utilizados principalmente para empaquetado de alimentos.

Ejemplos de aplicaciones de films monocapa y multicapa

Fuentes:
Tecnología de los polímeros. Beltrán – Marcilla
Revista tecnología del plástico
http://en.wikipedia.org
http://www.interempresas.net
Seminario tecnológico sobre la extrusión de film. ICE
http://www.directindustry.es