Tampas para bebidas: requisitos técnicos e aditivos deslizantes


Juliana Augusto Molari
Engenheira de Aplicação da Braskem

Introdução

As embalagens que utilizam tampas como sistema de fechamento compõem um segmento que vem crescendo e se desenvolvendo mais a cada ano em termos de inovação, sempre na busca de melhorias de propriedades e de desempenho.

Os desafios no desenvolvimento de tampas são os mais diversos: garantir a integridade do produto envasado, proporcionar um manuseio confortável, facilitar o descarte, além de um olhar atento para embalagens mais sustentáveis.

 

O processo de fabricação de tampas

As tampas para bebidas podem ser fabricadas por dois processos de transformação: injeção e compressão. Em ambos, a formação da tampa consiste na dosagem dos pellets de polietileno de alta densidade (no caso de tampas de uma peça) e na fusão dos mesmos dentro do cilindro de aquecimento, para posterior conformação do produto dentro do molde resfriado. Em ambos os processos, após a formação da tampa, ela é direcionada à máquina de corte e dobra do lacre de segurança.

Compressão

Na compressão, o polímero fundido é direcionado para a bomba volumétrica, que faz a dosagem do material no molde, onde é comprimido. O molde é composto de um carrossel giratório.

 

Injeção

Para a injeção, a conformação da tampa consiste na dosagem sob pressão do polímero fundido para dentro das cavidades de um molde bipartido e resfriado. Após o resfriamento das peças, o molde se abre, as tampas são extraídas e um novo ciclo de injeção se inicia.

 

Requisitos técnicos das tampas

Os principais requisitos técnicos que uma tampa para bebidas deve atender são:
Estabilidade dimensional, Resistência mecânica, Resistência ao Stress Cracking (ESCR), Torque e ângulo de aplicação, Torque de remoção, Propriedades organolépticas e Estanqueidade.

Para bebidas com gás

Para as tampas de bebidas carbonatadas, ou seja, bebidas como refrigerantes e água com gás, o requisito de ESCR e torque de aplicação/remoção, além das propriedades mecânicas, são de extrema importância, pois o gás gera uma pressão na tampa muito maior do que quando o líquido não é gaseificado.

Para bebidas sem gás

Quando há ausência de gás no líquido, os requisitos técnicos mais relevantes que devem ser atendidos são: facilidade do torque de aplicação/remoção (assim como ângulo de aplicação) e propriedades mecânicas.

Para água (com ou sem gás)

A água, por ser um solvente universal, inodoro, insípido e incolor, é extremamente sensível a alterações e o critério de escolha do material de sua tampa deve levar em conta a manutenção de suas propriedades. Tais alterações podem ser causadas por compostos presentes no processo de obtenção da resina, mas também na moldagem da tampa, nos aditivos e pigmentos utilizados.

 

Aditivos deslizantes

Os aditivos deslizantes são utilizados para reduzir o atrito em filmes, melhorar a extração (desmoldagem) de produtos injetados e facilitar a aplicação e remoção de tampas em frascos. O seu uso em tampas para bebidas reduz a força necessária para aplicação da tampa no frasco na linha de envase, aumentando a sua produtividade. Além disso, facilita a abertura da tampa (chamado de torque de remoção), auxiliando o uso do produto.

Portanto, faz-se necessário um equilíbrio de força de aplicação e remoção da tampa, para garantir produtividade, segurança, qualidade no envase e também sua usabilidade e conforto.

OS ADITIVOS mais
utilizados são as amidas

Os deslizantes podem ser adicionados no processo de fabricação do polímero. Ou seja, na petroquímica fabricante do material, ou diretamente no processo de fabricação da tampa (na injetora ou compressora) via masterbatch. A segunda opção, porém, não garante perfeita homogeneização do aditivo no polímero.

Os aditivos mais utilizados são as amidas de ácidos graxos (erucamida e behenamida, por exemplo), que possuem no máximo uma dupla ligação química na estrutura. As amidas de ácido graxo monoinsaturadas (com apenas uma dupla ligação química), como a erucamida, são as mais utilizadas para aplicações que necessitam de alto grau de deslizamento.

 

As amidas (behenamida e erucamida)

As amidas tendem a migrar para a superfície do polímero, devido à sua incompatibilidade com o polietileno de alta densidade, formando uma "película" no produto, diminuindo o atrito entre superfícies. Essa película pode estar uniformemente distribuída na superfície ou não. A migração ocorre ao longo do tempo, ou seja, independentemente do deslizante utilizado, a concentração do aditivo na superfície do produto será maior após um determinado período.

Conforme pode ser observado na figura abaixo, a erucamida tem uma ligação dupla na estrutura química, o que permite que a molécula se dobre, tornando-a menos compatível com a cadeia do polietileno de alta densidade além de torná-la mais macia. Essa incompatibilidade traz maior agilidade na difusão das moléculas do deslizante para a superfície do produto ao longo do tempo. Ao passo que a behenamida, como não existe nenhuma ligação dupla, se alinha com a cadeia do polietileno restringindo sua movimentação e sua taxa de migração.


 
 

 

Temperatura e tempo de armazenamento das tampas

A temperatura e o tempo de armazenamento das tampas no estoque do transformador afetam diretamente a taxa de migração do aditivo para a superfície do produto. Dados indicam que, a partir de 40°C, a difusão do aditivo para a superfície é muito mais alta do que em temperaturas ambientes (23°C, por exemplo).

No entanto, vale ressaltar que, conforme a temperatura e tempo de armazenamento aumentam, os aditivos deslizantes podem ser perdidos devido à degradação química. Portanto, a concentração do aditivo na superfície da tampa, assim como o tipo de aditivo utilizado e sua distribuição na superfície, afetam diretamente o coeficiente de atrito e, por consequência, a força de aplicação e remoção da tampa.

A migração da erucamida ou behenamida para a superfície do polietileno de alta densidade também está diretamente relacionada às propriedades físico-químicas do polímero, como cristalinidade, grau de orientação das cadeias moleculares e ramificações.

A difusão dos deslizantes para a superfície do produto ocorre através das regiões amorfas do polímero, pois a estrutura cristalina é praticamente impermeável. Dessa forma, quanto mais regiões amorfas o polietileno tiver, maior será a difusão do aditivo para a superfície. Por esse motivo, a taxa de resfriamento do polietileno durante o processo de fabricação da tampa também possui efeitos na maior ou menor migração dos deslizantes para a superfície da mesma.


 
 

 

DESLIZANTES E A INFLUÊNCIA NAS PROPRIEDADES ORGANOLÉPTICAS

A erucamida, ao migrar para a superfície, forma uma estrutura irregular. A menor dureza da erucamida em relação à behenamida, aliada às propriedades do deslizante e à forma como ela se estabelece na superfície, resulta em uma melhor propriedade de deslizamento em relação à behenamida. No entanto, o produto de degradação da erucamida pode influenciar nas propriedades organolépticas da água.

Já a behenamida, por não conter dupla ligação em sua estrutura química, possui uma taxa menor de migração para a superfície do polietileno. Graças à ausência da dupla ligação, ela tem uma melhor resistência à esterilização por ozônio, melhorando as propriedades organolépticas do produto envasado, quando comparado à erucamida.

 
Conclusão

A falta de deslizante pode acarretar em um torque elevado para aplicação ou remoção da tampa. Porém, o excesso do mesmo também pode ser prejudicial, pois pode causar um sobre torque da tampa no frasco, tendo como consequência, vazamentos e perda de qualidade do produto envasado. Portanto, o equilíbrio deve ser atingido no teor de deslizante aplicado na tampa.

 

Referências

Dulal, N.; Shanks, R.; Gill, H.; Adhikari, B.; Chalmers, D.; ANALYSIS OF SURFACE PROPERTIES OF POLYETHYLENE CAPS AND CLOSURES WITH ERUCAMIDE . SPE-ANTEC Society of Plastic Engineers International Conference, 8-10 May 2017, Anaheim, California, USA.
Mark A. Spalding and Ananda M. Chatterjee (eds.) Handbook of Industrial Polyethylene and Technology, (821-832) © 2018 Scrivener Publishing LLC
M.X. Ramírez, D.E. Hirt, L.L. Wright, AFM Characterization of surface segregated erucamide and behenamide in linear low density polyethylene film, Nano Lett. 2 (1) (2001) 9-12.
Dulal, N.; Shanks, R.; Gengenbach, T.; Gill, H.; Chalmers, D.; Adhikari, B.; Slip-additive migration, surface morphology, and performance on injection moulded high-density polyethylene closures. Journal of Colloid and Interface Science 505 (2017) 537-545


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