Comment la technologie de soufflage de films multicouches améliore les performances des films d'emballage

Optimisation des performances barrières Grâce à une conception stratégique des couches

Amélioration des barrières contre l'oxygène et l'humidité dans les configurations à 5 couches par rapport à celles à 7 couches

La manière dont les couches sont disposées dans les matériaux d'emballage influence fortement leur efficacité à bloquer les éléments indésirables. Selon une étude sectorielle récente publiée l’année dernière dans *Packaging Digest*, les films à sept couches réduisent la perméation de l’oxygène de 40 à 60 % environ par rapport à leurs homologues à cinq couches. Ils empêchent également le passage de l’humidité de 25 à 35 % plus efficacement. Quelle est l’origine de cette amélioration ? Des couches barrières spécialisées, insérées entre des couches d’ancrage identiques, créent des parcours complexes en spirale qui ralentissent le passage des substances. Grâce à ce contrôle accru sur la structure, les fabricants peuvent positionner précisément ces polymères spécialisés là où ils sont nécessaires : par exemple, l’EVOH pour bloquer l’oxygène ou le PA (polyamide) pour réguler les niveaux de dioxyde de carbone dans les emballages à atmosphère modifiée. Ce type d’ingénierie précise revêt une grande importance lorsque les entreprises souhaitent prolonger la fraîcheur de leurs produits.

Couches fonctionnelles en EVOH et en polyamide : mécanismes ciblés d’exclusion des contaminants

En ce qui concerne les propriétés barrières, l’alcool éthylène-vinyle (EVOH) et la polyamide (PA) fonctionnent de façon complémentaire. L’EVOH possède une structure riche en éthylène particulièrement dense, qui empêche efficacement la pénétration des petites molécules non polaires telles que l’oxygène, dont le diamètre est d’environ 3,86 angströms. Cela lui confère des taux de transmission d’oxygène (TTO) restant nettement inférieurs à 1 cm³ par mètre carré par jour. À l’opposé, la polyamide remplit une fonction différente, mais tout aussi essentielle : sa structure cristalline la rend particulièrement efficace pour résister à la vapeur d’eau, tout en permettant néanmoins le passage sélectif de certains gaz. Son taux de transmission de vapeur d’eau (TTVE) reste inférieur à 1 gramme par mètre carré par jour. Associés, ces deux matériaux répondent à toutes les exigences rigoureuses requises pour des produits tels que les médicaments et les aliments destinés à une longue durée de conservation. Les fabricants utilisent des techniques de coextrusion afin de garantir une bonne adhérence entre ces couches. Ils conçoivent des couches d’adhésion spéciales entre elles afin d’éviter tout risque de séparation des matériaux, aussi bien lors de la fabrication des produits qu’ultérieurement, pendant leur utilisation réelle.

Résistance mécanique : Comment La co-extrusion et l'orientation biaxiale améliorent Résistance

Dynamique de gonflage des bulles et effets de l'orientation biaxiale sur la résistance à la traction et à la perforation

Lorsque les fabricants contrôlent la façon dont les bulles se dilatent pendant le procédé de soufflage de films multicouches, ils créent ce qu’on appelle l’orientation biaxiale. Fondamentalement, cela signifie que les chaînes polymères s’alignent simultanément dans deux directions : autour de la circonférence et le long de la longueur du film. Le résultat ? Des caractéristiques de performance nettement améliorées. L’étirement provoque en effet une cristallisation induite par la déformation, ce qui confère à ces films une résistance bien supérieure sous tension. Nous observons ainsi une amélioration d’environ 56 % de la résistance à la traction par rapport aux films classiques, ainsi qu’une augmentation remarquable de 300 % de la résistance aux perforations. Le choix du rapport d’étirement approprié revêt ici une grande importance. La plupart des experts recommandent de le maintenir aux alentours de 2:1 dans la direction circonférentielle et d’environ 1,8:1 dans la direction axiale. Ces rapports permettent de préserver l’intégrité structurelle tout en répartissant uniformément les contraintes sur le matériau. En l’absence d’un équilibre adéquat, les emballages risquent de présenter des défaillances au niveau des scellés ou de se déchirer entièrement lors de leur passage sur les lignes de production à haut débit.

Architecture à cœur en LLDPE + couche d’ancrage : augmentation de la résistance au déchirement selon la méthode Elmendorf validée à +32 %

Une architecture multicouche synergique améliore la résilience mécanique :

• Les cœurs en polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE) absorbent l’énergie d’impact grâce à une cristallinité contrôlée
• Les couches d’ancrage réactives — généralement des polyoléfines greffées à l’anhydride maléique — assurent une liaison chimique entre polymères dissemblables, empêchant ainsi le délaminage
• Des essais d’extrusion valident une amélioration de 32 % de la résistance au déchirement selon la méthode Elmendorf, permettant une réduction de l’épaisseur sans compromettre la durabilité

Cette conception co-extrudée répartit les contraintes dynamiques aux interfaces, inhibant l’initiation et la propagation des fissures dans des conditions réelles de manutention.

Polyvalence fonctionnelle : équilibre entre scellabilité, souplesse et stabilité thermique

Couches scellantes en LDPE/LLDPE permettant un scellage thermique fiable sur une large plage de températures

Les couches scellantes en LDPE et en LLDPE offrent une adaptabilité thermique inégalée — assurant un scellage thermique fiable de –50 °C à 120 °C cette plage de températures permet le stockage des aliments surgelés, le réchauffage au four à micro-ondes et la stérilisation terminale des dispositifs médicaux. Leur structure moléculaire ramifiée confère les propriétés suivantes :

• Des températures d’initiation de scellage faibles (jusqu’à 90 °C)
• Une résistance élevée à la chaleur pendant le scellage, permettant de supporter les pressions de remplissage
• Une résistance exceptionnelle à la rupture fragile à des températures inférieures à 0 °C

Les mélanges de LDPE/LLDPE présentent une variation inférieure à 15 % de la résistance du scellage sur cette plage de températures — dépassant ainsi les polymères homogènes de 40 % en stabilité thermique lors des essais. Cette constance permet aux sachets souples de conserver leur aptitude au thermoformage à froid et aux barquettes rigides de résister aux cycles d’autoclave, le tout sans compromettre l’intégrité du scellage ni l’efficacité de la production.

Synergie procédé-matériau : garantir la compatibilité et l’intégrité dans la technologie de soufflage de films multicouches

Règles d’appariement des polymères — pourquoi l’EVOH nécessite des couches de polyamide (PA) ou des couches d’adhésion pour éviter la délamination

L'EVOH offre des performances de barrière à l'oxygène inégalées dans l'industrie, mais sa nature hydrophile et son adhérence médiocre aux polyoléfines telles que le PE ou le PP rendent une liaison directe instable. Sans mitigation, les interfaces EVOH/PE se délaminent sous l'effet des cycles thermiques ou des contraintes mécaniques, créant des microcanaux qui compromettent la fonction barrière. Les conceptions haut de gamme résolvent ce problème grâce à deux stratégies éprouvées :

• Intercouche d'accrochage : Les polyoléfines greffées à l'anhydride maléique forment des liaisons covalentes avec les groupes hydroxyles de l'EVOH, augmentant la résistance au décollement de 300 à 400 %
• Sandwich en PA : Les couches de nylon adjacentes à l'EVOH améliorent la résistance à l'humidité tout en stabilisant la cohésion interfaciale

Les essais de cycles thermiques montrent que les structures EVOH non modifiées subissent 80 % de délamination après seulement 15 cycles. Un appariement approprié transforme l'EVOH d'un facteur de risque en une barrière durable et haute performance, garantissant l'intégrité structurelle et fonctionnelle tout au long de l'extrusion, de la transformation et de l'utilisation finale.

FAQ

Quels sont les avantages d'une configuration de film à 7 couches par rapport à une configuration à 5 couches ?

Une configuration de film à 7 couches réduit considérablement la perméabilité à l'oxygène de 40 à 60 % et la transmission de l'humidité de 25 à 35 % par rapport à une configuration à 5 couches, ce qui permet une meilleure préservation de la fraîcheur du produit.

Comment l'EVOH et la polyamide contribuent-elles aux propriétés barrières des emballages ?

L'EVOH offre d'excellentes propriétés barrières contre l'oxygène grâce à sa structure riche en éthylène, tandis que la polyamide confère une résistance à l'humidité, permettant ainsi une perméabilité sélective aux gaz. Ensemble, elles répondent aux normes élevées requises pour les produits à longue durée de conservation.

Qu'est-ce que l'orientation biaxiale et comment améliore-t-elle la résistance du film ?

L'orientation biaxiale consiste à aligner les chaînes polymères dans deux directions pendant le procédé de soufflage du film, ce qui améliore la résistance à la traction et la résistance à la perforation grâce à la cristallisation induite par la déformation.

Comment les couches scellantes en LDPE/LLDPE facilitent-elles l'emballage ?

Les couches scellantes en LDPE/LLDPE permettent un scellement thermique fiable sur une large plage de températures, ce qui les rend adaptées à divers procédés tels que le stockage à congélation et la stérilisation terminale. Leur structure moléculaire ramifiée permet des températures de scellement basses ainsi qu’une résistance à la rupture fragile.

Pourquoi est-il important d’utiliser des couches d’adhésion avec l’EVOH ?

Les couches d’adhésion, généralement constituées de polyoléfines greffées à l’anhydride maléique, sont indispensables avec l’EVOH en raison de sa nature hydrophile et de son mauvais pouvoir d’adhésion aux polyoléfines. Elles améliorent la résistance au délamination et empêchent la séparation des couches, garantissant ainsi un conditionnement durable et efficace.