October 2000

Materie prime per la produzione degli imballaggi poliaccoppiati flessibili

Le principali materie prime impiegate per la produzione di imballaggi poliaccoppiati flessibili sono: inchiostri, vernici, foglio sottile di alluminio, film plastici, carta sottile, adesivi.

Inchiostri e vernici
Gli inchiostri usati per la stampa degli imballaggi in poliaccoppiato flessibile variano secondo i supporti su cui sono stampati ed in funzione del tipo di stampa.
Due le tipologie degli inchiostri a base solvente: a base nitrocellulosa, usati per stampa su polietilene, polipropilene, alluminio e carta; a base vinilica, utilizzati per stampare su poliestere e nylon.
Gli inchiostri per flexo sono a base di nitrocellulosa, modificata per tutti i supporti. Le modifiche riguardano le resine sulle quali vengono dispersi i pigmenti. (La tabella 1 riporta l’elenco dei principali produttori di inchiostri e vernici per imballaggi in poliaccoppiato flessibile).

Foglio sottile di alluminio
Le leghe di alluminio utilizzate per gli imballaggi flessibili sono quelle della serie 1000.
A questa serie appartiene l’alluminio commerciale con vari gradi di purezza, superiori comunque al 99%.
Le leghe utilizzate sono caratterizzate da un’elevata conducibilità termica, bassa resistenza elettrica e larga attitudine alla deformazione plastica.La produzione del foglio avviene attraverso stadi successivi: ottenimento dello sbozzato; ricottura dello sbozzato; laminazione fino a 4/6 passaggi; separazione dei fogli (sdoppiatura) e rifilatura dei bordi, taglio, ricottura in forno con eliminazione degli oli di laminazione. Ecco alcune delle caratteristiche principali di questa materia prima: non offre barriera alla luce, all’acqua, ai gas e ai grassi; non è elettrostatica e, infine, è un buon conduttore dato che riflette le radiazioni caloriche.
La barriera dell’alluminio è pressoché totale, salvo la presenza di microfori. Questi sono tali quando hanno un diametro inferiore a 0,1 mm e derivano dalla presenza di ossido di metallo inglobato nella massa. I microfori si posso generare negli spessori inferiori a 15/18 micron. Per ovviare a questi inconvenienti, i produttori di foglio sottile di alluminio adottano sistemi rigorosi di controllo durante il ciclo di lavorazione.
L’alluminio presenta due superfici, una lucida e un’altra opaca, perché le laminazioni successive, destinato a portarlo allo spessore voluto, vengono effettuate in doppio. Per questo motivo la superficie a contatto con calandra assume un colore brillante mentre le due superfici a contatto rimangono opache.
Lo spessore dell’alluminio sottile utilizzato nell’imballaggio varia da 6,35 micron a circa 40 micron.
L’alluminio non è saldabile, e quindi, per esempio, se si effettua l’accoppiamento di un coperchio di alluminio con un bicchierino di plastica per yogurt, è necessario accoppiare il coperchio stesso con un film di polietilene.
(La tabella 2 riporta i principali produttori di foglio sottile di alluminio destinati a imballaggi di poliaccoppiato flessibile).

Film plastici
La plastica utilizzata dai produttori di imballaggi poliaccoppiati flessibili è acquistata in film. Fa eccezione il polietilene, per il quale alcuni produttori (Safta, Burgopack e Goglio) acquistano il granulo dal quale ricavare il film.

Polipropilene
Dalla polimerizzazione catalitica del PP si ottiene il polimero polipropilene. Il suo utilizzo nell’industria del packaging flessibile avviene attraverso il film ottenuto per estrusione, che si sostanzia in due tipi di prodotto: PP cast e PP biorientato. Il primo è un film estruso in piano o in bolla non stirato. Le sue principali qualità? Trasparenza e brillantezza, oltre che un’ottima barriera all’umidità. Inoltre la superiore rigidità, consente l’uso del film in PP cast in parecchie applicazioni dove è precluso l’utilizzo del polietilene a bassa densità. Il polipropilene cast, a differenza del tipo biorientato, può essere termoformato per conferire forme prestabilite sulle linee di confezionamento predisposte.Il PP biorientato subisce tale processo in bolla oppure in testa piana. Il PP cast è il preferito dal mercato, il PP biorientato è invece utilizzato per ottenere spessori più sottili.
Il processo di biorientazione, effettuato a una temperatura prossima al punto di fusione del film, è eseguito in due fasi distinte: stiro longitudinale e, successivamente, stiro trasversale.
Di recente si sta affermando una nuova tecnologia di produzione, che prevede in contemporanea le due fasi di stiro (prima eseguite separatamente).
Questo tipo di PP ha una rigidità tre volte superiore a quella del PP cast e otto volte a quella del PE.
Come tutti i film poliolefinici il PP deve essere trattato superficialmente per ottenere affinità con gli inchiostri e con gli adesivi. Il trattamento può essere effettuato a fiamma o attraverso un processo elettronico. (La tabella 3 riporta i principali produttori di PP destinati a imballaggi di poliaccoppiato flessibile).

Poliestere
Il poliestere (PET) è un materiale plastico che deriva dalla policondensazione tra il glicole etilenico e l’acido tereftalico.
Questo polimero viene convertito in film per mezzo di impianti di estrusione a testa piana con successive biorientazioni biassiali. Il film viene, in un primo tempo, stirato longitudinalmente ed in seguito sottoposto allo stiro trasversale in forno.
Gli spessori di maggior utilizzo nell’industria del packaging del PET vanno da 9 a 25 micron. Il 12 micron copre il 90% della richiesta.
Il PET presenta caratteristiche di elevata rigidità, nonché di resistenza all’azione di molti reagenti chimici e, non ultimo, di stabilità dimensionale. Tutte qualità queste che rendono il film di PET una materia prima molto versatile e, quindi, spesso scelta nell’industria del packaging tanto alimentare quanto industriale.
Grazie alla discreta barriera ai gas e a una buona resistenza termica, il PET viene spesso scelto sia per imballaggi di prodotti che richiedono un trattamento termico dopo il confezionamento (pastorizzazione e sterilizzazione), sia nelle confezionatrici ad alta produttività, dove l’esiguo tempo di contatto del film con le masse saldanti richiede una temperatura di saldatura elevata, che solo un laminato strutturato con un film di poliestere sul suo lato esterno può sopportare. (La tabella 4 riporta l’elenco dei principali produttori di poliestere per imballaggi in poliaccoppiato flessibile).

Polietilene
Sotto questo nome viene raggruppata una serie di polimeri ottenuti attraverso la polimerizzazione diretta dell’etilene. Il PE si diversifica in funzione della densità:
• a bassa densità (0,920/ 0,925), salda facilmente a caldo e offre un buon compromesso tra proprietà ottiche e meccaniche;
• a media densità (0,926/ 0,940), abbastanza rigido, salda ancora con facilità ed è un buon compromesso tra caratteristiche di rigidità e proprietà ottiche;
• ad alta densità (0,941 / 0,965) che, a causa delle sue limitate proprietà ottiche, di un’alta rigidità e di un’elevata lacerabilità, trova impieghi molto ristretti.
Le nuove esigenze di mercato unite, alla presenza di macchine confezionatrici sempre più veloci e sofisticate, hanno stimolato i produttori di granuli a investire nella ricerca per meglio rispondere alle sempre più articolate richieste della domanda. Sono nati quindi il: copolimero etilene vinile acetato (EVA), sviluppato per abbassare la temperatura di saldatura del polimero e per permettere un migliore utilizzo sulle moderne confezionatrici; il copolimero etilene acido acrilico (EAA) con caratteristiche di maggiore estensibilità, migliore resistenza alla lacerazione e perforazione, punto di fusione più elevato.
Il polietilene film può essere estruso con tecnologia in bolla (che consente di ottenere migliori risultati in fatto di resistenza a rottura e lacerazione) o in testa piana (cast), che consente di ottenere un prodotto più trasparente.
A causa della difficoltà ad essere macchinati così come sono, i film di PE vengono generalmente utilizzati nel settore del packaging, laminati ad altri film plastici come il PET, il PP e il PA. (La tabella 5 riporta i principali produttori di PE per imballaggi in poliaccoppiato).

EVOH
Questo copolimero etilene + vinil-alcol con alta barriera all’ossigeno, viene fornito coestruso con altri film plastici. La tabella 6 riporta le principali aziende produttrici di EVOH per imballaggi poliaccoppiati.

Nylon
Le poliammidi, meglio conosciute come nylon, sono delle resine di policondensazione. Nell’industria del packaging, la resina più usata è il “nylon 6”, che viene ottenuto per polimerizzazione in fase solvente del caprolattame.
Il polimero viene trasformato in granulo e da questo si passa alla produzione del film di nylon, che può essere ottenuto per estrusione a testa piana o anulare, per la produzione di film biorientato o film cast. Il primo può essere realizzato con tecnologie tanto in bolla, quanto in testa piana. Gli spessori prodotti variano dai 12 ai 25 micron. Le principali caratteristiche sono l’alta resistenza sia meccanica sia alle basse temperature e l’elevata brillantezza. Il film cast viene invece prodotto con testa di estrusione piana (tecnologia simile a quella del polipropilene cast), con spessori che variano da 20 ai 150 micron. Di questi i più sottili presentano alti valori di modulo elastico e allungamenti più bassi, quelli più elevati, al contrario, evidenziano bassi valori di modulo elastico ed allungamenti più elevati.
L’utilizzo principale del nylon cast riguarda il confezionamento con termoformatura del materiale, grazie alla sua caratteristica principale di avere elevati rapporti di stiro (allungamento superiore al 500%). (La tabella 7 riporta i principali produttori di nylon per imballaggi in poliaccoppiato).

Altre plastiche
Rientrano in questa categoria i film, differenti per natura chimica da quelli fino ad ora citati, utilizzati per conferire rigidità alla struttura degli imballaggi. Le materie prime utilizzate per i contenitori con termoformatura del film sono: il cloruro di polivinile (PVC), il poliestere amorfo (APET), il polistirolo (PS), il polipropilene cast (PP cast), a cui abbiamo già accennato a proposito del PP. Soffermiamoci invece sulle altre materie prime, tenendo presente che il film per termoformatura deve essere formabile nelle forme richieste previo preriscaldamento e, successivamente, deve aderire allo stampo tramite insufflazione d’aria (con un’operazione che crea il sottovuoto e utilizzando un pistone per facilitare l’operazione). Il PVC è un polimero ottenuto attraverso la polimerizzazione del cloruro di vinile. La produzione del film avviene per calandratura della massa fusa in uscita dall’estrusore. Questo materiale ha buone proprietà di resistenza agli agenti chimici oli e grassi, nonché di barriera all’ossigeno ed al vapore.
L’APET ha fatto il suo esordio nell’industria dell’imballaggio flessibile, da quando il PVC è stato messo in discussione per problemi di eco-compatibilità.
Il PS è disponibile tanto nella versione biorientata (non termoformabile), quanto in quella non orientata (termoformabile). Ha ottima trasparenza ed elevata rigidità, è utilizzato come lastra singola per la produzione di contenitori da asporto per prodotti alimentari freschi e può sopportare limitati trattamenti termici. (La tabella 8 riporta i produttori di altre materie plastiche per imballaggi in poliaccoppiato flessibile).

Carta
La carta impiegata per il packaging flessibile viene usata come strato esterno. Nel caso di imballaggio flessibile costituito da sola carta, quest’ultima è del tipo polietilenato. In generale, i principali tipi di carta utilizzata sono: camoscio monolucido, sealing medio monolucido, kraft avana extra monolucido, kraft bianco monolucido fibra lunga, kraft bianco polietilenato (60+10 g PE), kraft bianco fibra corta per alimenti gruppo 5. In particolare, nei flessibili per alimenti, la carta usata può essere di tre tipi: calandrata, monopatinata, kraft. Questa materia prima può essere fornita in fogli o in bobine. (La tabella 9 segnala alcuni dei principali produttori di carta per imballaggi poliaccoppiati flessibili).

Adesivi
Vengono scelti a secondo delle esigenze di accoppiamento, tenuta e resistenza termica, meccanica e chimica. (La tabella 10 riporta i principali produttori di adesivi per imballaggi in poliaccopiato flessibile).

In conclusione
L’area di mercato degli imballaggi flessibili poliaccoppiati presenta buone potenzialità di ulteriori sviluppi, in primo luogo per il confezionamento dei prodotti alimentari, ma senz’altro anche in campo non alimentare (per esempio, la pulizia domestica). Il motivo del trend favorevole è, naturalmente, la grande versatilità di questo tipo di imballaggio che, impiegando diversi materiali accoppiati tra loro, risponde alle diverse necessità connesse al confezionamento.

Raw materials for packaging production

Useful information. Technologies, materials, companies and addresses
By Roccandrea Iascone (Soluzioni per l’impresa)

Raw materials for the production of flexible polylaminate packaging

The main raw materials used for the production of flexible polylaminate packaging are: inks, paints, aluminium foil, plastic film, thin paper and adhesives.

Inks and paints
The inks used to print flexible polylaminate packaging vary depending on the mediums involved and the print technology. v
There are two types of solvent inks: nitro-cellulose inks, used to print polyethylene, polypropylene, aluminium and paper, and vinyl inks, used to print polyester and nylon.
Inks for flexo printing are nitro-cellulose inks that have been modified to accept all mediums. The changes here concern the resins in which the pigments are dispersed. (Table 1 has a list of the main producers of inks and paints for flexible polylaminate packaging)

Aluminium foil
Series 1000 aluminium alloys are used for flexible polylaminate packaging.
Commercial aluminium of varying degrees of purity (though always above 99%) belongs to this series.
The alloys used are characterised by high thermal conductivity, low electrical resistance and a broad aptitude for plastic deformation.
Production of the foil involves several stages: creation of the preform;
annealing of the form; rolling with up to 4/6 passes; separation of the sheets (splitting) and trimming of the edges; cutting; furnace annealing with the elimination of the rolling oils. Here are some of the main characteristics of this particular raw material: does not offer a barrier to light, water, gas and fats; is not electrostatic and, finally, is a good conductor given that it reflects thermal radiation. The barrier offered by aluminium is almost total, unless in the presence of microperforations. This can be the case when the holes measure less than 0.1 mm in diameter, caused by the presence of metal oxide incorporated in the mass. These microperforations can be created in thicknesses of less than 15/18 microns. To get around this problem, aluminium foil producers adopt strict control systems during the machining cycles.
Aluminium has two surfaces: one polished, in that successive laminations, made to obtain the exact thickness required, are carried out double. For this reason, the surface actually in contact with the rolling cylinder takes on a bright colour while the two surfaces that come into contact stay matt. The thickness of aluminium foil used for packaging varies from roughly 6.35 microns to 40 microns or so. Aluminium cannot be sealed and so, if one laminates an aluminium lid with a plastic yoghurt pot, for instance, the lid needs to be laminated with a film of polyethylene. (Table 2 lists the main producers of aluminium foil for flexible polylaminate packaging).

Plastic film
The plastic used by producers of flexible polylaminate packaging is bought as a film. The only exception here is polyethylene, with some producers (Safta, Burgopack and Goglio) buying the granulate to produce the film themselves.

Polypropylene
The polypropylene polymer is obtained through catalysed polymerising of PP.
In the flexible packaging industry it’s used as an extruded film, coming in two basic versions: cast PP and bioriented PP. The first may be flat-head extruded film or unstretched bubble film.
Its main qualities? Transparency and shine, as well as offering an excellent barrier to moisture. In addition, its superior stiffness makes cast PP film suitable for numerous applications where the use of a low-density polyethylene is out of the question.
Cast polypropylene, as opposed to bioriented PP, can be thermoformed to obtain set shapes on fitted packaging lines.
Bioriented PP can be obtained using either bubble or flat head extrusion technology. The market prefers cast PP, while bioriented PP is used to get thinner sheets. The biorienting process, carried out at a temperature very close to the film’s melting point, is carried out in two separate stages: lengthways stretching followed by cross stretching. A new production technology has caught on recently, involving simultaneous stretching in both directions (previously done separately). This type of PP has three times the stiffness of cast PP and eight times that of PE. Like all polyolefin films, PP must be surface treated to allow printing inks and adhesives to take. This may involve either flame treatment or an electronic process. (Table 3 lists the main producers of PP for flexible polylaminate packaging).

Polyester
Polyester (PET) is a plastic obtained through the polycondensation of ethylene glycol and terephthalic acid.
This polymer is converted into film by means of flat head extrusion plant followed by biaxial biorienting. The film is initially stretched lengthways and then stretched again crosswise in an oven.
The most commonly used PET thicknesses in the packaging industry vary from 9 to 25 microns. The 12 micron thickness accounts for 90% of demand.
PET offers excellent stiffness, plus resistance to many chemical agents and, last but not least, dimensional stability. All these qualities make PET film a very versatile material and one that’s therefore often chosen by the packaging industry for both food and industrial applications. Thanks to its good gas barrier and heat resistance, PET is frequently chosen both for the packaging of products that require heat treatment after packing (pasteurising and sterilising) and for high output packing machines where the short time that the film actually comes into contact with the sealing bars requires very high sealing temperatures that only a structured laminate with a film of polyester on the outside can withstand. (Table 4 lists the main producers of polyester for flexible polylaminate packaging).

Polyethylene
This name acts as an umbrella for a series of polymers obtained through the direct polymerising of ethylene. PE differs in terms of density:
• low density (0.920/0.925), easily heat sealed, offering a good compromise between optical and mechanical properties;
• mean density (0.926/0.940), quite stiff, still easily sealed and a good compromise between stiffness and optical properties;
• high density
(0.941/0.965), only used in a few applications due to its limited optical properties, high stiffness and easy tearability.
The new market needs together with the presence of ever faster and more sophisticated packing machines have pushed granulate producers to invest in research to better meet the increasingly diverse demands. This has resulted in: the ethylene vinyl acetate (EVA) copolymer, developed to lower the sealing point of the polymer and to make it easier to use in modern packing machines; the ethylene acrylic acid (EAA) copolymer with greater stretchability, better tear and perforation resistance and a higher melting point.
Polyethylene film can be extruded using bubble technology (allowing for better results in terms of tear resistance and ultimate tensile strength) or flat-head technology (cast), which results in a more transparent product. Due to the difficulties these films pose when being processed on their own, PE films are generally used in the packaging industry laminated to other plastic films such as PET, PP and PA. (Table 5 lists the main producers of PE for polylaminate packaging).

Copolymer ethylene + vinyl-alcohol
Better known as EVOH, this copolymer offers a high oxygen barrier and is supplied coextruded with other plastic films. (Table 6 lists the main producers of EVOH for polylaminate packaging).

Nylon
Polyamides, better known as nylon, are resins obtained through polycondensation. The most popular resin in the packaging industry is “nylon 6”, obtained through polymerising during the solvent stage of caprolactam. The polymer is converted into granules before the actual production of nylon film can start, which may be through flat-head or ring extrusion for the production of bioriented or cast film. The former can be obtained using bubble or flat-head technology alike. The thickness of the product varies from 12 to 25 microns. The main characteristics are high mechanical strength and resistance to low temperatures, plus excellent shine. Cast film, on the other hand, is produced using a flat extrusion head (the technology’s similar to that for cast polypropylene), with thicknesses that range from 20 to 150 microns. The thinnest of these offer a high modulus of elasticity and lower stretch, while the thicker films have a lower modulus of elasticity and higher stretch. Cast nylon is mainly used to in packing with thermoforming, thanks to its main property of having high stretch ratios (over 500% elongation). (Table 7 lists the main producers of nylon for flexible polylaminate packaging).

Other plastics
This category includes films that differ in their chemical make-up from those considered above and which are used to give stiffness to packaging structures. The raw materials used for thermoformed film containers are: polyvinyl chloride (PVC), amorphous polyester (APET), polystyrene (PS) and cast polypropylene (cast PP), which we’ve already mentioned above in our consideration of PP.
Let’s now look at the other raw materials, bearing in mind that thermoforming film must be suitable for forming into the required shapes via preheating and must then adhere to the mould when air is blown in (in an operation that creates a vacuum and uses a piston to facilitate this).
PVC is a polymer obtained through polymerising of vinyl chloride. The film is produced by rolling the molten mass as it leaves an extruder. This material has good resistance to chemical agents, oil and grease, as well as offering a good barrier to oxygen and vapour. APET first appeared on the flexible packaging market when people began to question PVC’s eco-compatibility. PS is available in both a bioriented version (not thermoformable) and a non oriented version (OK for thermoforming). It has great transparency and high stiffness, is used as single sheets for the production of self-service fresh food containers and can withstand heat treatment within certain limits. (Table 8 lists the main producers of other plastics for flexible polylaminate packaging).

Paper
The paper used for flexible packaging is generally used as the external layer. In the case of flexible packaging consisting of just paper, this is polyethylene-coated.
As a general rule, the main types of paper used are: single-coated chamois, single-coated medium-weight sealing, single-sided kraft Havana extra, single-sided white long-fiber kraft, polyethylene-coated white kraft (60 + 10 g PE), white, short-fiber kraft for Group 5 food.When it comes to flexible packaging for food in particular, three basic types of paper may be used: calandered, single-side glossy and kraft.
The paper can be supplied in sheets or on spools. (Table 9 lists some of the main producers of paper for flexible polylaminate packaging).

Adhesives
These are selected on the basis of the laminating needs, their tightness, mechanical strength and resistance to heat and chemicals. (Table 10 lists the main producers of adhesives for flexible polylaminate packaging).

To sum up
The market for flexible polylaminate packaging has good potential for future growth, especially for the packaging of food products, but also in the non food sector (e.g.: household cleaning).The winning factor in this trend is, of course, the great versatility of this type of packaging that, by laminating different combinations of material, meets the varying needs in the packaging industry.