Nanni Bertorelli, director de investigación, desarrollo e ingeniería de BOBST, explica la importancia de los recubrimientos a la hora de determinar la funcionalidad y fiabilidad de los envases flexibles y a base de fibra en la actualidad.

La tendencia a usar envases sostenibles y reciclables está modificando la forma en que los convertidores conciben la ingeniería de superficies y las barreras funcionales. Ahora que los envases a base de fibra van adquiriendo relevancia en más segmentos del mercado y los films flexibles monomateriales tienen mayores exigencias de barrera, los recubrimientos se han convertido en un factor competitivo decisivo.

Tanto si el objetivo es repeler la humedad, bloquear el oxígeno o sustituir complejos laminados multimateriales, la aplicación controlada de recubrimientos se ha convertido en uno de los pasos más importantes del proceso para lograr una función de barrera fiable.

El resultado es que los recubrimientos de barrera y su aplicación ya no son solo una cuestión de protección de superficies. Determinan cómo se comporta un envase a lo largo de su vida útil, desde la impresión y la conversión hasta el llenado, la logística, el uso, la eliminación y la recuperación o el reciclaje.

Entender las aplicaciones y los procesos

El desarrollo de una estructura de barrera eficaz empieza con la pregunta: ¿qué protege el envase, de qué lo protege y cuál es su formato? Cada aplicación plantea sus propios retos. La humedad es un problema para los alimentos secos, ya que afecta a la textura; la esterilización de los alimentos húmedos (envasado en retorta) evita la proliferación microbiana y el deterioro, pero no debe afectar negativamente al sabor; los índices de transmisión de agua y vapor deben gestionarse cuidadosamente para mantener la calidad y el aspecto de los alimentos frescos; la exposición al oxígeno y a la luz ultravioleta puede estropear rápidamente los aperitivos; y los materiales inertes de alta barrera son esenciales para mantener la integridad del producto y el rendimiento de los productos farmacéuticos de venta libre.

La definición temprana de las necesidades funcionales determina el tipo de química de barrera, el proceso de recubrimiento y la preparación del sustrato necesarios. Por ejemplo, la porosidad y la absorción de un sustrato de fibra deben equilibrarse cuidadosamente con la reología del recubrimiento. Una deposición demasiado escasa y la presencia de agujeros pueden comprometer la protección. Si hay demasiado recubrimiento, corre el riesgo de convertirse en una «capa» y de mermar la eficacia de recuperación y reciclaje.

Existen muchas formas de aplicar recubrimientos, pero dos de ellas han demostrado ser más fiables y consistentes con los recubrimientos de barrera. Ambas son muy eficaces y funcionales, aunque la elección del proceso de aplicación depende de la reología del recubrimiento, la viscosidad, el peso de deposición requerido y el tipo de sustrato.

El recubrimiento por huecograbado es muy utilizado para aplicar recubrimientos funcionales de barrera, especialmente en películas de plástico y materiales sensibles en envases flexibles. El proceso de huecograbado ofrece un control estricto del peso del recubrimiento aplicado, una aplicación uniforme y compatibilidad con una amplia gama de productos químicos.

Un sistema de cámara de rasquetas a presión, garantiza una limpieza eficaz y una dosificación precisa sin formaciones de espuma. Características específicas, como la posición de la cámara a las «seis en punto» en las máquinas de recubrimiento de BOBST, permiten a los operarios cambiar fácilmente entre la aplicación directa e inversa. Se trata de una característica muy útil que garantiza la máxima flexibilidad de producción.

Los sistemas de rodillos múltiples (doble rodillo) proporcionan una gran precisión en la aplicación del recubrimiento, especialmente en sustratos de papel y cartón, aunque también pueden utilizarse en películas de plástico. La separación variable y la velocidad relativa entre rodillos definen el peso y la consistencia del recubrimiento, lo que permite una aplicación sin agujeros incluso con espesores de recubrimiento finos. Admite una amplia variedad de viscosidades y puede construir estructuras de barrera multicapa mediante múltiples pasadas.

Los métodos de aplicación flexográfica también pueden ser especialmente adecuados para los recubrimientos termosellables y otros tipos de barnices de sobreimpresión como los antivaho o los lacados mates. Las unidades de recubrimiento flexográfico pueden integrarse en las líneas de impresión existentes y funcionan bien con capas más finas y uniformes, habituales en la conversión de etiquetas.

Cada uno de estos procesos tiene como fin proporcionar una capa de barrera continua y uniforme que resista las vías de migración, como agujeros, grietas y huecos. Por tanto, la selección del proceso debe tener en cuenta no solo la química del recubrimiento, sino también la temperatura de aplicación, el control de la película y el secado.

El peso del recubrimiento y el sustrato

Lo cierto es que no existe una regla única sobre el peso del recubrimiento. Los niveles de deposición necesarios dependen de varios parámetros, como la barrera y el nivel objetivo, la porosidad y absorción del sustrato, la composición y viscosidad del recubrimiento y la estructura final del envase.

Los sustratos a base de fibras suelen requerir pesos de recubrimiento mayores que las películas de plástico debido a que la superficie es intrínsecamente porosa. Para conseguir altas propiedades de barrera en el papel, puede ser necesario realizar varias pasadas o utilizar un papel con recubrimiento previo.

Los avances recientes, como el conseguido por BOBST para lograr una altísima función de barrera con un menor peso de recubrimiento, han reducido la brecha y mejorado el rendimiento y la reciclabilidad del material, pero no han eliminado por completo esta consideración.

La optimización del recubrimiento y del sustrato de fibra sigue siendo importante e implica adaptar el comportamiento de absorción del sustrato a la velocidad de secado del recubrimiento. Esto hace que la película forme una superficie sellada en lugar de penetrar irregularmente en las fibras del sustrato.

Una vez optimizada la relación entre el recubrimiento y el material, debe evaluarse la configuración de la máquina para garantizar la fiabilidad del proceso. Una ligera variación de la tensión o la temperatura con películas sensibles a base de PE o PP, puede producir defectos visibles o debilidades invisibles en una barrera, dejándola inutilizable.

Se sabe que los siguientes parámetros son los más críticos:

• La tensión y manipulación estables del material garantizan un grosor de recubrimiento y una integridad de capa constantes. En el caso de los sustratos a base de película, una tensión baja puede provocar aleteo y desviación de la banda, mientras que la tensión excesiva crea arrugas y provoca la rotura de los recubrimientos.
• La velocidad del rodillo, el tratamiento de la superficie y el control preciso de la separación, determinan el grosor y la uniformidad de la película.
• El grabado del cilindro y la presión uniforme de las rasquetas sobre el material evitan las rayas y mantienen los bordes limpios.
• Los secadores energéticamente eficientes con temperaturas controladas son esenciales, especialmente para los sustratos sensibles al calor, como las películas finas de PP o PE.
• La flexibilidad para adaptarse a diferentes viscosidades o formulaciones de recubrimiento amplía la gama de productos y reduce los tiempos de preparación.

Juntos, estos parámetros rigen la continuidad y la adhesión de la película de barrera. Se complementan con una supervisión detallada del proceso y un control predictivo para garantizar una producción estable, el máximo rendimiento de la barrera y el mínimo desperdicio.

Las líneas modernas utilizan la supervisión continua y el ajuste algorítmico para mantener un peso de recubrimiento y una calidad de superficie constantes. La inteligencia artificial (IA) lo mejora aún más al predecir y prevenir la aparición de errores. Como sabemos, el nivel de barrera no puede medirse en línea en una máquina de recubrimiento; el resultado solo puede determinarse en el laboratorio una vez terminada la bobina, lo que convierte la calidad y la consistencia de la producción en un factor crítico.

Las ventajas son múltiples: seguimiento en tiempo real de la viscosidad, la temperatura, la velocidad de la banda y la presión, corrección automática de las desviaciones del proceso, identificación predictiva de los defectos del recubrimiento, calidad constante independientemente de la habilidad o el turno del operario, y reducción del desperdicio de material y de los ciclos de preparación.

Al integrar la inteligencia directamente en el sistema de control de la máquina, los convertidores mantienen la calidad sin depender enormemente del ajuste manual. Esto puede convertirse en un entorno de producción de bucle cerrado, en el que el rendimiento del recubrimiento se adapta dinámicamente a las condiciones cambiantes.

La supervisión y el ajuste en la máquina optimizan la producción. Esto debe ir acompañado de la evaluación del rendimiento del recubrimiento según las condiciones del mundo real. Los índices de transmisión de oxígeno (OTR) y de vapor de agua (WVTR) definen la eficacia de la barrera. Los resultados indican cómo se comportará un sustrato recubierto en condiciones reales.

No puede darse nada por sentado, especialmente al trabajar con una nueva generación de películas flexibles monomaterial utilizadas para envasar productos que los consumidores comen, beben y, en última instancia, digieren. Por ello es recomendable y obligatorio trabajar con un laboratorio externo que esté adecuadamente equipado para realizar evaluaciones en condiciones controladas.

La transición hacia envases sostenibles

Los recubrimientos de barrera no se libran de la creciente demanda de envases sostenibles. Ya se ha empezado a pasar de sistemas a base de disolventes a recubrimientos acuosos y de origen biológico y ecológicos. Estos materiales deben ofrecer las mismas propiedades de barrera y mantener la capacidad de reprocesamiento en pulper y la reciclabilidad.

Para los convertidores de envases flexibles, los recubrimientos son fundamentales para transformar los laminados multimaterial en estructuras monomateriales compatibles con los flujos de reciclaje existentes. Los recubrimientos incorporan barreras y son imprimibles, preparan el material para la metalización o la deposición de AlOx y protegen contra los arañazos mediante capas funcionales ultrafinas aplicadas sobre una película de polímero único. Esto sustituye a las capas de PET, PA, AlOx o metalizadas que han hecho que las estructuras laminadas no sean reciclables. Al concentrar la funcionalidad en recubrimientos compatibles con la película base y el proceso de recuperación/reciclaje, los convertidores pueden reducir el espesor y estandarizar las estructuras mono-PE o mono-PP.

Al mismo tiempo, los recubrimientos permiten a los convertidores de papel y cartón acceder a nuevos mercados y abordar aplicaciones que antes estaban dominadas por las películas, como los envases de aperitivos secos y las envolturas de panadería. Hoy en día incluso se aplican en comida para mascotas.

Una plataforma como la solución oneBARRIER de BOBST ejemplifica esta doble vía. Combina la tecnología de recubrimiento, la metalización al vacío y el conocimiento de los procesos para crear monomateriales reciclables con altas propiedades de barrera.

Hasta la fecha, esto incluye PrimeCycle, que son monosustratos de PE sin EVOH, con AlOx transparente o AluBond opaco y FibreCycle, que es una estructura monomaterial de alta barrera a base de papel y recubierta con capas funcionales que pueden reciclarse en los flujos de recuperación de papel existentes.

El diseño y las pruebas en profundidad han dado lugar a sustratos dúplex y tríplex de barrera alta y ultra alta como alternativas a los materiales difíciles de reciclar, sin comprometer el rendimiento.

Las soluciones oneBARRIER se han validado en aplicaciones a escala industrial, lo que demuestra que la sostenibilidad y el rendimiento pueden coexistir cuando el recubrimiento se trata como una tecnología de precisión y no como un paso secundario.

El futuro de los recubrimientos

En términos prácticos, la fiabilidad del proceso garantiza que cada rollo de sustrato recubierto funcione de la misma manera durante la conversión y el envasado. Lograr esa repetibilidad exige una profunda integración entre la química, la maquinaria y los sistemas de control.

El secado sigue siendo otro punto central. Es esencial equilibrar el rendimiento y la eficiencia energética sin comprometer la contracción del material o la formación del recubrimiento. Los sistemas de gestión del aire y el control multizona permiten a los operarios adaptar las condiciones de secado a los tipos de recubrimiento y a la sensibilidad a la humedad del sustrato.

A medida que aumenta la velocidad de producción, incluso las pequeñas variaciones pueden tener un gran impacto en la integridad de la barrera. Por ello, la industria está evolucionando hacia sistemas de control de calidad de bucle cerrado capaces de ajustar los parámetros en tiempo real. El resultado es una mayor calidad en una sola pasada, menos rollos de desperdicio y unos datos de barrera más coherentes en todos los lotes.

Ninguna tecnología por sí sola resolverá los retos de materiales a los que se enfrenta hoy la industria del envasado. Los recubrimientos deben funcionar como parte de un ecosistema más amplio que incluya la innovación de sustratos, las barreras imprimibles, el control de los procesos digitales y la validación de la reciclabilidad.

Las asociaciones industriales entre fabricantes de maquinaria, desarrolladores de recubrimientos y propietarios de marcas son esenciales. Las plataformas de desarrollo compartidas aceleran los ciclos de pruebas y reducen los riesgos. Las líneas piloto, como la conocida Leonardo de Bobst (Italia), equipadas tanto para sustratos de fibra como de película, permiten probar eficazmente nuevos sistemas de barrera en condiciones de producción realistas.

La próxima evolución de los recubrimientos se centrará en: Recubrimientos ecológicos para soluciones compostables. Mayor resistencia en los recubrimientos a base de fibras con el objetivo de hacerlos aptos para más formatos de envasado. Soluciones monomaterial retortables. Entornos de producción de bucle cerrado que se adaptan en tiempo real.

Gracias a las innovaciones en los procesos de recubrimiento, las configuraciones avanzadas de maquinaria y la integración del control de calidad digital e impulsado por IA, la industria puede ofrecer soluciones de envasado de barrera consistentes a escala industrial, que cumplan tanto los objetivos de rendimiento como los medioambientales.

El futuro del envasado no se definirá por la sustitución de materiales, sino por el dominio de la interacción de precisión entre recubrimientos, sustratos y procesos. La plataforma oneBARRIER de BOBST ya lo demuestra y su importancia seguirá creciendo. Esto garantiza que los recubrimientos seguirán siendo una piedra angular de la innovación en envases en los próximos años.