Traiter en toute sécurité des films mono-PP recyclables sur des installations de thermoformage.
La pression exercée sur les fabricants d’emballages pour qu’ils utilisent les films composites de manière responsable est de plus en plus forte. Les films mono-PP offrent une alternative recyclable aux composites PET. Bien que les avantages des films mono-PP soient évidents pour l’économie circulaire, ils posent des défis aux emballeurs. Lors de l’Inno Meeting d’Osnabrück, Andreas Dietrich/Weber Food Technology GmbH a présenté la manière dont ils peuvent être traités en toute sécurité sur les installations de thermoformage.
– Dieter Finna
Actuellement...
… des matériaux composites en APET/PE ou boPET/PE sont souvent utilisés pour la fabrication d’emballages des consommateurs finaux contenant de la charcuterie ou du fromage en tranches. Ces films sont adaptés au traitement en machine et possèdent des propriétés de barrière élevées. Dans le cycle des matériaux, ils ne répondent toutefois pas aux exigences en matière de tri et de recyclage mécanique. Cela met l’accent sur l’utilisation de films mono-PP. Ces films se composent de 90 % à 98 % de polypropylène et peuvent être traités sur des installations de thermoformage. Toutefois, ils présentent souvent des différences significatives.
Amélioration possible de l’attractivité et de la production sur les lignes d’emballage.
Les échantillons de PP fabriqués sur les installations de thermoformage présentent surtout des inconvénients au niveau visuel. Andreas Dietrich, Technicien d’application Emballage de Weber Food Technology GmbH, décrit les résultats avec des emballages PP comme souvent « moins attrayants, car ils ondulent, sont moins transparents et sont plus mous au toucher .» Ces différences perceptibles proviennent en partie des propriétés naturelles du polypropylène.
Certains types de films mono-PP donnent une belle forme stable, une barquette stable. Cependant, leur film supérieur n’est souvent pas aussi bien tendu que celui des films à base de boPET. D’après l’expérience d’Andreas Dietrich, cela se produit en particulier avec les films supérieurs refermables.
Un autre inconvénient réside dans le fait que la production des lignes d’emballage avec des films mono-PP est plus faible en raison du chauffage et du refroidissement plus lents du matériau. Comme le formage d’emballages en film PP est un peu plus compliqué, la cadence de l’installation diminue, de sorte que la machine fonctionne à une vitesse un peu plus faible. Une diminution de 12 T/min à 11 T/min a déjà un effet tel sur les grandes lignes industrielles d’emballage de fromage de 400 g que 6,5 tonnes de fromage en moins sont emballées en un temps de production de 20 h/jour, soit une réduction de plus de 8 %.
Autre matériau – autre approche.
Le processus de formage avec le film mono-PP étant différent de celui des films traditionnels en raison du matériau utilisé, pour Andreas Dietrich, il est évident qu’une modification du matériau doit également être prise en compte dans le modèle de la machine d’emballage et dans les paramètres de la machine. Si l’on considère une machine dotée d’un chauffage dit en sandwich, c’est-à-dire deux plaques chauffantes, l’une par le haut et l’autre par le bas, des temps de chauffage et de formage relativement courts, de 1 à 2 secondes en cas d’épaisseur de film de 250 µm, suffisent déjà pour les composites APET/PE. Les températures sont alors comprises entre 98 °C et 113 °C. Avec cette fenêtre de formage de 15 °C, les variations de chauffage ont peu d’importance pour les composites PET/PE. Les machines présentes sur le marché sont réglées sur ces paramètres.
En revanche, pour le polypropylène, les épaisseurs de film sont généralement un peu plus élevées, car on essaie de compenser la structure un peu plus souple par un film un peu plus épais de 300 µm de PP/PP. Cela se répercute sur le temps de chauffage et de formage, qui passe à environ 2,5 secondes pour le film un peu plus épais.
Si l’on commence à faire des essais avec du film mono-PP, on adapte souvent sur les lignes uniquement la température au nouveau matériau, mais pas les temps de chauffage et de formage. Visuellement, cela se traduit alors par des plis, des ondulations et une mauvaise stabilité de la barquette.
Comment se forment les plis des barquettes ?
Pour trouver des solutions, il faut comprendre les causes de la formation de plis et des ondulations. Elles peuvent être liées à plusieurs facteurs. D’après l’expérience d’Andreas Dietrich, cela peut être dû à de paramètres inappropriés, mais aussi au fait que les machines de traitement sont utilisées depuis plusieurs années, qu’elles n’ont peut-être pas été entretenues de manière optimale et qu’elles n’ont traité que des films PET jusqu’à présent. Le PET est un matériau abrasif qui use le revêtement en Téflon de la/des plaque(s) chauffante(s), notamment celui de la plaque chauffante inférieure. Celle-ci devient alors lisse et perd ses propriétés antiadhésives. Alors que le PET peut encore être traité sur les thermoformeuses, les films en polypropylène emprisonnent de l’air entre le film et la plaque chauffante usée, ce qui entraîne la formation de bulles, également appelées « varices ». Celles-ci sont ensuite bien visibles dans l’emballage.
Une autre difficulté réside dans le fait que le film PP s’étire fortement sous l’effet de la chaleur. Dans une thermoformeuse, le film est d’abord chauffé, puis transporté à chaud vers l’étape suivante pour être formé. La fermeture des outils de chauffage et de formage pose certains problèmes. Le film chaud et mou, qui par nature s’étire facilement, associé à un déplacement d’air qui se crée à la fermeture de l’outil de formage, entraîne l’étirement du film et l’apparition d’une sorte de bulle, qui est ensuite aplatie lors de la fermeture de l’outil. Cela crée aussi souvent des plis. Pour le PP, il convient d’éviter ce courant d’air et donc la formation de bulles grâce à des mesures techniques appropriées.
Les images thermiques révèlent les causes dans les paramètres du processus.
Les images que Weber a prises à la sortie de la station de formage à l’aide d’une caméra thermique à double optique montrent l’effet des différents temps de chauffage et de formage sur l’aspect visuel des emballages.
La première image thermique montre un résultat limite en se basant sur les paramètres de mise en forme des composites en film APET avec seulement une température adaptée. L’image suivante, en revanche, montre un résultat optimisé dans lequel toutes les étapes du processus ont été optimisées pour le film PP. La comparaison des paramètres de processus lors de la fabrication de ces emballages met en évidence les paramètres qui contribuent à l’optimisation d’un emballage et le fait que les emballages en film mono-PP peuvent être optimisés.
Un paramètre essentiel du formage de l’emballage est la montée en pression, particulièrement importante lors du traitement des films mono-PP. Si elle est trop faible ou trop lente, le film ne sera pas formé correctement. De grandes différences de température apparaissent dans l’emballage, dans cet exemple, jusqu’à 21 °C entre le centre et les nervures de l’emballage. Il en résulte des tensions dans le matériau et, au final, des ondulations.
La deuxième image thermique montre qu’avec un réglage optimal du processus de formage – les temps de chauffage et de formage sont de 2,5 secondes, la température de chauffage atteint 135 °C, la montée en pression lors du formage est de 1 bar en 0,2 seconde, le refroidissement est réglé de manière efficace – les différences de températures entre le centre et les nervures de l’emballage peuvent être réduites d’environ 7 °C.
Influence du design de l’emballage.
Outre les paramètres de traitement, le design de l’emballage joue évidemment un rôle essentiel. En cas d’utilisation de film PP, la conception de l’emballage ne doit pas comporter de détails trop petits. Dans l’exemple de gauche, les nervures ont un rayon R8 mm et une profondeur de 2 mm. Plus les rayons sont petits, plus ils sont difficiles à former et plus l’emballage peut être ondulé. Un tel design est tout à fait réalisable pour les nervures.Les rayons d’angle jouent également un rôle essentiel.
Dans l’exemple de droite, ils ont un rayon R9 mm, ce qui représente une valeur correcte. S’ils sont trop petits, l’emballage perd en stabilité, il se déforme plus facilement et ondule.
Et cela fonctionne.
« L’un des facteurs permettant d’obtenir un bon résultat avec les films mono-PP est un chauffage de qualité et précis, avec un chauffage en sandwich qui maintient la température la plus stable possible. Il faut pour cela un temps de chauffage le plus long possible, environ 2,5 secondes. »
Le deuxième facteur est un formage très rapide. Ce dernier est possible grâce à la montée en pression rapide, mais doit également être possible avec le film lui-même. Le film doit pouvoir être formé en seulement 0,2 seconde. Une dépression de -0,7 bar est alors créée par le vide de formage par le bas, sous le film. De plus, la montée en pression rapide depuis le haut crée une surpression de +1,0 bar. Au total, cela représente une différence de pression de 1,7 bar absolu. Le temps de formage, et donc le temps de refroidissement, doit être le plus long possible. En général, l’objectif du chauffage, du formage et du refroidissement est d’obtenir une température aussi uniforme et basse que possible dans l’emballage. Ainsi, les différences de température entre le centre et les nervures de l’emballage peuvent être réduites à 7°C par exemple.
Le troisième facteur est un film mono-PP adapté. « Tous les films ne donnent pas le résultat souhaité », affirme Andreas Dietrich par expérience. Si l’on tient compte de paramètres énoncés, il est possible de produire des emballages en film mono-PP de forme précise à 12 cycles/minute, qui répondent aux exigences du marché.
Choisir le département
