Empaquetamiento y Transferencia de Tecnología de Producción de Compound de Nanoarcillas Termoplásticas como nueva materia prima para envases de alimentos.
INNOVA 11IDL4-10749
Antecedentes
La utilización de diferentes tipos de plásticos en el sector de envases y embalajes, ha ido en aumento durante los últimos años y existe una clara tendencia mundial, de que esto se mantendrá en el tiempo. En este contexto, el polipropileno es uno de los polímeros más utilizados, debido a sus buenas propiedades y múltiples ventajas, entre las que se pueden mencionar: fácil de procesar, buenas propiedades físicas y mecánicas, costo competitivo e inocuidad en el contacto con alimentos. Todo lo anterior, lo convierte en un material muy apto para la fabricación de envases. Sin embargo, su uso es restringido, debido a sus pobres propiedades barreras a gases, como por ejemplo, al oxígeno, lo cual limita la vida útil de los alimentos que se encuentran al interior de un envase fabricado en polipropileno.
Las soluciones actuales, que han abordado la problemática de las bajas propiedades barrera de los plásticos, presentan una serie de desventajas, entre las que se pueden mencionar: su elevado costo, opacidad del material y límites en la resistencia mecánica del envase.
Para el caso específico del polipropileno, se han desarrollado tecnologías de polipropileno bi-orientado y aunque con la bi-orientación se logran mejorar las propiedades ópticas, mecánicas y de barrera al vapor de agua; aún no se logran los niveles de permeabilidad al oxígeno requeridos para el polipropileno, estando muy lejos de otros plásticos como el PET y las poliamidas, lo cual, limita la penetración del polipropileno en algunos segmentos muy atractivos de la industria de envases y embalajes.
En este contexto, la Unidad de Desarrollo Tecnológico de la Universidad de Concepción, en conjunto con Petroquim S.A. (única empresa productora de polipropileno de Chile), se hicieron cargo de este desafío y desarrollaron una tecnología de producción de nanocompuestos termoplásticos con mejoradas propiedades barrera al oxígeno, que pueda satisfacer los requerimientos del sector de envases y embalajes para aumentar el tiempo de vida útil de los alimentos envasados.
Tecnología
La presente tecnología corresponde a un material nanocompuesto, con mejoradas propiedades barrera al oxígeno (respecto del Polipropileno) y que puede ser utilizado para la fabricación de envases inyectados, alargando la vida útil de alimentos grasos que son empaquetados en éstos envases. La composición de este material nanocompuesto comprende: polipropileno, agente compatibilizante del tipo PP injertado con anhídrido maleico y nano arcillas modificadas.
El material compuesto se obtiene a través de un proceso de extrusión de dos etapas, para el cual se utiliza una extrusora de mezcla co-rotante de L/D= 40 a lo menos y con una configuración de tornillos adecuada, para lograr una buena dispersión y exfoliación de las nanopartículas en la matriz polimérica.
Ventajas
La tecnología está enfocada al envasado de alimentos grasos y permite fabricar envases inyectados que aumentan el tiempo de vida útil de estos alimentos, conservando al mismo tiempo sus propiedades organolépticas.
El uso de arcillas modificadas con cargas de tamaño nanométrico (≤100 nm) permite desarrollar un material compuesto con parámetros mejorados en comparación a la matriz polimérica o resina base (Tabla 1).
Tabla 1. Resumen comparativo de parámetros mejorados
| Parámetro | Resina base | Material compuesto | Mejora |
|---|---|---|---|
| Distancia interplanar | 9,19 nm | 1,93 nm | ↓ 78% |
| Tasa de transmisión del oxigeno |
2.090 ± 50 cm3/m2 x día |
1.138 ± 14 cm3/m2 x día |
↓ 46% |
| Migración global en etanol al 10% | < 1 mg/dm2 | < 1 mg/dm2 | – 1 |
| Índice de fluidez (MFI) | 26 g/10 min | 24 ± 2 g/10 min | ↓ 8% |
| Módulo de flexión al 2% de deformación | 1.900 MPa | 2.200 ±140 MPa | ↑ 14% |
| Resistencia a la flexión al 2% de deformación | 20 MPa | 30 ± 4 MPa | ↑ 32% |
| Módulo de tracción en el punto de fluencia | 924 ± 5 MPa | 1.200 ± 97 MPa | ↑ 23% |
| Resistencia a la tracción en el punto de fluencia | 38 MPa | 41 ± 3 MPa | ↑ 7% |
1 El material compuesto presentó niveles de migración en simulante etanol 10% (migración global < 1 mg/dm.2), inferior al límite establecido por el Reglamento Nº 10/2011 de la Unión Europea (UE), el cual autoriza la utilización de este envase en contacto con alimentos tipo A a temperatura ambiente o menor.[/tab]
Ficha Técnica
Ficha Ténica Material Nanocompuesto
|
Propiedades |
Valor |
Norma |
|---|---|---|
|
Indice de fluidez 2,16 kg/230oC |
26 |
ASTM D-1238 |
|
Densidad (g/cc) |
0,905 |
ASTM D-1505 |
|
Resistencia a la tracción (MPa) |
39 |
ASTM D-638 |
|
Elongación (%) |
7 |
ASTM D-638 |
|
Módulo de elasticidad en Flexión (MPa) |
1800 |
ASTM D-790 |
|
Temperatura de transición vítrea (ºC) |
75 |
ASTM D-3418 |
|
Temperatura de descomposición (ºC) |
450 |
ASTM D-3418 |
|
Temperatura de Ablandamiento VICAT (ºC) |
155 |
ASTM D-1525 |
Recomendaciones de procesamiento
INYECCIÓN
|
Temperatura de Alimentación (ºC) |
190 |
|
Temperatura de Tornillo (ºC) |
200-220 |
|
Temperatura de Molde (ºC) |
20-60 |
Usuarios
Industria de Materiales Plásticos:
- Productores de polipropileno.
- Fabricantes de masterbach.
- Productores de resinas en general.
Industria Transformadora de Materiales Plásticos:
- Transformadores de plásticos que fabriquen envases inyectados.
Industria de Alimentos Grasos Envasados:
- Empresas que envasen y comercialicen los siguientes alimentos grasos:
- Pates
- Pastas Untables con Especias
- Mantequillas
- Margarinas
- Quesos Untables
Nuestro Trabajo
Proyecto INNOVA CHILE 11IDL4-10749
“Empaquetamiento y Transferencia de Tecnología de Producción de Compound de Nanoarcillas Termoplásticas como nueva materia prima para envases de alimentos”
Empresa participante: Petroquim S.A.
Solicitud de Patente
Solicitud de patente de invención a nivel nacional presentada en INAPI.
Nombre: “Envase monocapa termoplástico rígido útil para la preservación de alimentos grasos”
Número de registro: 01321/2010.
Álvaro Maldonado, Jefe del Área de Biomateriales UDT
a.maldonado(at)udt.cl / +56 (0)41 266 1814