La ricerca continua

Il mondo del beverage aspira a ridurre peso e prezzo dei contenitori primari. Verrebbe istintivo pensare che soluzioni da tempo consolidate nel settore dell’imballaggio flessibile possano essere facilmente traslate ai contenitori per bevande. Non è sempre così. Il caso PET vs OPP lo dimostra

Ogni progetto di ricerca nel settore dei contenitori primari per bevande nasce e si sviluppa sulla traccia di alcuni e ben chiari obiettivi: miglioramento di un processo produttivo, miglioramento di un prodotto, messa a punto di un nuovo materiale o di nuovo contenitore più performante. La base di partenza è il problema da risolvere, analizzato a fondo in funzione dello stato dell’arte del settore, dei dati ricavabili da pubblicazioni tecnicoscientifiche, dell’intuizione di un tecnico o di ricercatore. La progettazione e la sperimentazione forniscono poi gli strumenti per continuare il progetto, rivedere le aspettative o accantonare la strada intrapresa.

La densità

Il polipropilene orientato è uno dei materiali plastici più utilizzati nel settore degli imballaggi flessibili e molto è stato investito in ricerca per valutarne le potenzialità come possibile sostituto del PET nel settore dell’imbottigliamento. Le premesse erano ottime: l’OPP non presenta il rischio acetaldeide; è molto meno denso del PET (0,9 contro 1,33 g/cm3); la sua barriera al vapor d’acqua è tre volte superiore; può essere riempito a caldo fino a 95°C; ha una buona resistenza allo stress cracking; permette di lavorare con pressioni inferiori a quelle previste per il PET consentendo di eliminare l’uso di compressori ad alta pressione; non richiede una deumidificazione preventiva con conseguenti ulteriori risparmi di spazio e di energia.

Il parametro minor densità lascia di primo acchito intravedere la possibilità di progettare, a parità di forma e formato, contenitori più leggeri e prospetta un immediato saving in termini logistici e di impatto ambientale. Tale ipotesi trascura però un parametro altrettanto essenziale: la resistenza al carico assiale dei contenitori. A parità di spessore, quello delle bottiglie in OPP monostrato è sensibilmente inferiore a quello dei corrispondenti contenitori in PET; pertanto per confezionare, stoccare e trasportare bottiglie in OPP con performance logistiche equivalenti ad analoghe bottiglie in PET è necessario aumentare pesi e spessori.

Il riempimento a caldo

Il secondo aspetto che, in alcune occasioni, avrebbe teoricamente portato a privilegiare l’OPP rispetto al PET è la possibilità del riempimento a caldo; nel caso dell’OPP realizzabile senza grandi limitazioni, nel caso del PET condizionata da una speciale lavorazione che richiede attrezzature e stampi più costosi, un leggero rallentamento della linea di produzione, una struttura del corpo della bottiglia che permetta, dopo il raffreddamento, di compensare le deformazioni dovute all’assorbimento del vuoto. Per contro, la maggior parte delle bevande soggette a riempimento a caldo (succhi, bevande funzionali e simili) richiede una eccellente barriera ai gas e quella dell’OPP, decisamente inferiore a quella del PET, lo rende, se utilizzato tal quale (preforma monostrato), inadatto a una lunga conservazione delle suddette bevande, nonché inidoneo per l’acqua piatta che potrebbe facilmente risentire degli odori dell’ambiente dove sono conservate le bottiglie.

Oggi l’OPP monostrato è usato soprattutto in applicazioni dove il prodotto ha una brevissima shelflife e la bottiglia è di piccolo formato (inferiore a 500 ml). La situazione ovviamente cambia qualora si opti per un materiale multistrato barriera. Analogamente a quanto accade per il PET, per l’OPP sono stati testati strati barriera interni, in primis nylon ed EVOH. Ma poiché l’OPP e i suddetti materiali hanno punti di fusione molto diversi, la prima soluzione è stata una struttura “sandwich” dove strato di base e strato barriera erano uniti da uno strato adesivo. In seguito sono state messe a punto, con esiti alterni, tecniche di coestrusionesoffiaggio multistrato, o come avviene nell’industria dei materiali flessibili, più economici trattamenti al plasma, a fiamma e trattamenti corona. Si è infine testata la costruzione di uno strato barriera per immersione della preforma o della bottiglia appena formata. Quest’ultima tecnica è utilizzata anche per bottiglie in PET che necessitano di proprietà barriera superiore alla norma.

Strette tolleranze di processo

Ottimizzare le bottiglie in OPP richiede un rigoroso controllo del processo di produzione della preforma e della bottiglia. Il soffiaggio delle bottiglie di PET avviene intorno a 100 °C con una tolleranza di +/-15 °C; l’OPP è lavorato a 135°C con una tolleranza non superiore a +/- 4°C. In entrambi i casi si utilizzano additivi che accelerano il riscaldamento delle preforme. Tolleranze tanto ristrette pongono diversi problemi, in funzione del tipo di processo di produzione impiegato. Nelle macchine ISBM (injection stretch-blow molding) le parti più sottili della preforma tendono a disperdere calore. Poiché il punto di fusione dell’OPP è prossimo a 150 °C, nella zona di precondizionamento, alcune macchine rotative sono equipaggiate con alcuni preriscaldatori che scaldano l’interno della preforma poco prima del soffiaggio. Le macchine lineari devono invece sempre lavorare a velocità ridotta.

In questi casi il processo deve essere più che monitorato per assicurare il mantenimento della temperatura sempre entro i 4 °C di tolleranza previsti. Nelle macchine RSBM (reheat stretch-blow molding), operare entro limiti così ristretti è altrettanto difficile. Se le bottiglie in OPP sono soffiate a una temperatura leggermente inferiore al limite minimo previsto si può verificare un sovrastiraggio con conseguenti opacizzazioni (soprattutto del fondo) o forature della bottiglia. Soffiare le bottiglie di OPP a una temperatura superiore al limite massimo consentito, può ancora una volta provocare l’opacizzazione dei colli e dei fondi, creare disomogeneità di distribuzione del materiale nelle pareti, rendere appiccicosa la bottiglia con indesiderate conseguenze sulle successive operazioni di riempimento.

L’OPP è inadatto al riscaldamento a infrarossi: se le lampade sono alla massima potenza lo strato esterno brucia e il calore non penetra. Pertanto, per essere efficaci le lampade devono essere tarate a potenza inferiore e i tempi si allungano. A parità di spessore, alcune parti della bottiglia come fondo e pareti sono più sollecitati dal carico assiale. Questa circostanza pone un altro problema alla produzione. Poiché l’OPP si raffredda più lentamente del PET a parità di velocità di macchina c’è il rischio che il materiale si deformi dopo essere stato rilasciato dallo stampo. Si può compensare questo aspetto prevedendolo durante la progettazione dello stampo, ma talvolta si corre il rischio di non riuscire ad ottimizzare il risultato.

Lo stiraggio

Le differenze di stiraggio di OPP e PET devono essere valutate con attenzione, sia in sede di progettazione della preforma, sia in sede di progettazione della bottiglia. Per ottenere una trasparenza dell’OPP simile a quella del PET è necessario ottimizzare i gradi di orientazione e di stiro. Le preforme in OPP sono progettate per uno stiraggio del 50% in più di quelle in PET per migliorare la trasparenza. Alcune zone della preforma, come il collo e il fondo, possono risultare meno orientate rispetto al corpo della bottiglia e possono essere soggette a opacizzazioni. Per ovviare a questo inconveniente si usano alcuni chiarificanti. Ciascuna delle difficoltà sopraccitate è stata superata grazie a una soluzione tecnica o tecnologia. E la ricerca continua.

OPP

Descrizione: OPP (polipropilene orientato) è un materiale plastico talmente diffuso da poter essere considerato una commodity Prestazioni: buona trasparenza, brillantezza e rigidità Proprietà barriera: buona barriera al vapore d’acqua, bassa barriera ai gas Applicazioni: molto utilizzato nel settore dei materiali flessibili, come film monostrato o come parte di un film multistrato. Molti film in OPP sono saldabili su entrambi i lati.

PET

Descrizione: PET (polietilentereftalato) è una commodity molto usata nel settore dell’imbottigliamento Prestazioni: buona trasparenza, brillantezza e rigidità Proprietà barriera: bassa barriera al vapore d’acqua, buona barriera ai gas Applicazioni: usato nel settore dei contenitori per liquidi.
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