Principales conclusiones de este artículo:
- Las tecnologías base agua se utilizan cada vez más para reducir las emisiones de COV, mejorar la seguridad y favorecer estructuras de materiales más reciclables.
- La transición va más allá de sustituir los solventes, ya que los recubrimientos base agua también pueden ofrecer alternativas a las capas de barrera plásticas convencionales.
- La transición hacia la química base agua no consiste simplemente en sustituir un líquido por otro, sino que implica distintas aplicaciones, formulaciones químicas y procesos de producción.
- Las formulaciones base agua plantean nuevos desafíos de secado, y algunas formulaciones de origen biológico son especialmente sensibles a la forma en que se elimina el agua.
- A escala industrial, las aplicaciones base agua pueden exigir que los fabricantes adapten su proceso de secado para gestionar mayores cargas de evaporación sin limitar la velocidad de producción ni la calidad del producto.
Los requisitos medioambientales impulsan cambios en la química de los recubrimientos
En los sectores del papel, el embalaje y la conversión, las crecientes exigencias de reducir las emisiones, aumentar la seguridad de la producción, mejorar la reciclabilidad y disminuir el uso de materiales de origen fósil están impulsando cambios en la química aplicada a los materiales procesados en banda.
Los recubrimientos, los adhesivos y otros tratamientos funcionales proporcionan al papel, las películas y otros sustratos las propiedades necesarias para su aplicación final. Pueden crear barreras frente al agua, el aceite o la grasa, permitir que una etiqueta se adhiera a una superficie, mejorar la imprimibilidad, aportar propiedades de termosellado o añadir otras funcionalidades al sustrato.
Tradicionalmente, muchas de estas funciones han dependido de formulaciones base solvente, capas plásticas u otros materiales que ofrecen un rendimiento excelente, pero que pueden plantear desafíos en cuanto a emisiones, seguridad, reciclabilidad o impacto medioambiental. En la actualidad, los fabricantes exploran cada vez más alternativas base agua.
De formulaciones base solvente a formulaciones base agua
Los solventes, como el tolueno y la MEK, han desempeñado tradicionalmente un papel importante en los recubrimientos y adhesivos industriales. Pueden proporcionar una excelente humectación y una aplicación controlada, mientras que su volatilidad permite una evaporación rápida, y siguen siendo esenciales para algunas aplicaciones exigentes. Sin embargo, también presentan desventajas. Muchos solventes orgánicos son compuestos orgánicos volátiles (COV) y se liberan al aire durante el secado. Las emisiones de COV tienen un impacto medioambiental negativo y contribuyen a la contaminación atmosférica. Por tanto, su uso puede requerir medidas adicionales de ventilación, control de emisiones, protección contra incendios y seguridad frente a explosiones.
En lugar de disolver o transportar el material funcional en un solvente orgánico, las formulaciones base agua utilizan el agua como vehículo principal y contienen pocos o ningún compuesto orgánico volátil. Por tanto, reducen las emisiones de COV y el uso de solventes orgánicos potencialmente nocivos, lo que las convierte en una alternativa más respetuosa con el medio ambiente y más segura para numerosas aplicaciones. Algunos ejemplos son las dispersiones acrílicas y de poliuretano, los recubrimientos de barrera base agua, las imprimaciones y una amplia variedad de adhesivos. Los adhesivos base agua ya se utilizan ampliamente en aplicaciones de papel, etiquetas, cintas y embalajes, mientras continúa el desarrollo para ampliar su rango de prestaciones.
Sin embargo, para los fabricantes y las empresas convertidoras, la transición de formulaciones base solvente a formulaciones base agua puede plantear nuevos desafíos de producción. No se trata simplemente de un cambio de química. También puede modificar los requisitos del proceso de producción. Las distintas formulaciones pueden requerir condiciones de proceso diferentes y plantear nuevas exigencias en cuanto a velocidad de producción, consumo energético, estabilidad del proceso y equipos existentes.
Sustituir las barreras plásticas cambia el proceso de producción
La transición de la química base solvente a la química base agua no es el único factor que impulsa un mayor uso de las tecnologías base agua. En la industria del papel y el cartón, los fabricantes también buscan formas de reducir las capas de barrera plásticas convencionales, manteniendo al mismo tiempo la funcionalidad necesaria para la aplicación final.
Los envases alimentarios, por ejemplo, pueden necesitar resistencia al agua, la humedad, el oxígeno, el aceite y la grasa. Tradicionalmente, algunas de estas propiedades se han conseguido añadiendo polietileno u otras capas de barrera plásticas. A medida que aumenta la demanda de envases reciclables a base de fibra y de un menor uso de plástico, los proveedores de productos químicos, los fabricantes de papel y las empresas convertidoras están desarrollando nuevas tecnologías de barrera funcional. Los recubrimientos de dispersión base agua son una de las soluciones que se están introduciendo para reducir o sustituir estas capas plásticas convencionales.
Estos recubrimientos son cada vez más sofisticados. Se están desarrollando nuevas formulaciones que combinan funciones como la resistencia a la humedad, al oxígeno y a la grasa y, en algunos casos, propiedades de termosellado, manteniendo al mismo tiempo la reciclabilidad y el rendimiento de los envases a base de papel. La transición hacia soluciones sin PFAS para ofrecer resistencia a la grasa está impulsando aún más el desarrollo de nuevas tecnologías de barrera.
Esto significa que la transición hacia la química base agua no siempre consiste en sustituir un recubrimiento base solvente por una alternativa base agua. También puede introducir la química base agua en un proceso de producción que antes funcionaba de una manera muy diferente. Una barrera de polietileno aplicada por extrusión, por ejemplo, implica aplicar un polímero fundido y enfriarlo. Cuando esa funcionalidad se sustituye por un recubrimiento base agua, se aplica un líquido y, posteriormente, es necesario evaporar el agua. Esto introduce unos requisitos de secado completamente diferentes en el proceso de producción.
Los materiales de origen biológico añaden una nueva dimensión
Al mismo tiempo, los fabricantes están mirando más allá del propio líquido portador. Que una formulación sea base agua no significa automáticamente que sea de origen biológico. Una dispersión acrílica base agua, por ejemplo, puede seguir conteniendo polímeros derivados en gran medida de materias primas fósiles. Sin embargo, existe un interés creciente por sustituir al menos una parte de esos materiales por alternativas renovables. El almidón ya está ampliamente consolidado en las aplicaciones de papel y adhesivos. Otros desarrollos incluyen la celulosa y la nanocelulosa, los polímeros naturales y otras materias primas renovables.
Esto añade un tercer eje a la transición hacia las tecnologías base agua. Además del paso de recubrimientos y adhesivos base solvente a alternativas base agua, y de barreras plásticas convencionales a recubrimientos de barrera base agua, los fabricantes también buscan sustituir los materiales funcionales de origen fósil por alternativas parcial o totalmente de origen biológico. Cada vez con mayor frecuencia, estos desarrollos convergen en nuevas formulaciones y aplicaciones.
Esto puede plantear desafíos adicionales en el procesamiento. Algunas formulaciones de origen biológico requieren cantidades relativamente elevadas de agua, mientras que sus propiedades finales pueden ser sensibles a la forma en que se elimina esa agua. Como resultado, el proceso de secado puede cobrar aún más importancia cuando estos materiales se escalan a la producción industrial.
¿Qué significa esto para los fabricantes y las empresas convertidoras?
Para las empresas que procesan estos materiales, el desafío consiste en transformar las nuevas formulaciones en procesos de producción industrial fiables. Las empresas de recubrimiento por contrato pueden necesitar incorporar nuevas formulaciones para sus clientes, los fabricantes de papeles especiales pueden añadir nuevas funcionalidades a sus productos y los fabricantes de cintas, etiquetas y embalajes pueden adoptar nuevas tecnologías de adhesivos y barrera.
Una formulación que ofrece buenos resultados en el laboratorio también debe mantener un rendimiento constante en una línea de producción industrial. A velocidades de banda y gramajes de aplicación más elevados, las diferencias en el método de aplicación, las condiciones del proceso y el tiempo de procesamiento disponible pueden influir en el comportamiento de la formulación.
Por tanto, el escalado a escala industrial no solo constituye un desafío técnico, sino también una necesidad comercial. Los nuevos materiales deben poder procesarse de forma fiable y eficiente a velocidades de producción que los hagan económicamente viables. La capacidad de alcanzar un rendimiento productivo suficiente a un coste competitivo puede determinar, en última instancia, si una nueva tecnología prometedora trasciende las aplicaciones de nicho y logra una adopción más amplia en el mercado.
Por tanto, la transición hacia la química base agua no es una simple sustitución de materiales. También puede plantear requisitos diferentes para el proceso de producción y los equipos.
Las nuevas formulaciones y los procesos exigen más del secado
Una de las implicaciones más importantes para el proceso es el secado. Cuando se aplica un líquido base agua a una banda, posteriormente es necesario eliminar el agua. A escala industrial, las cantidades pueden ser considerables. La carga de evaporación depende de la combinación de numerosas variables, como el ancho de banda, la velocidad de producción, el gramaje de aplicación y el contenido de sólidos. En conjunto, estas variables determinan cuánta agua debe eliminarse durante el tiempo de secado disponible.
Esto plantea una pregunta importante para las empresas que introducen nuevas aplicaciones base agua: ¿puede el proceso de secado existente gestionar la carga de evaporación necesaria sin limitar la velocidad de producción ni la calidad del producto?
Este será el tema de nuestro próximo artículo.
