Gli stampatori di scatole e astucci pieghevoli si preparano a produrre anche imballaggio flessibile. Una nuova opportunità di mercato e una nuova concorrenza per gli stampatori su film.
Due esperti di stampa e cartotecnica ‒ Helmut Mathes, autore principale di questo studio, e Francesco Tacconi ‒ ci spiegano nei dettagli quali sono le possibilità, le difficoltà e le opportunità per i cartotecnici di aprirsi al crescente mercato del packaging flessibile.
Al congresso annuale dei produttori di astucci piegevoli, a Bologna, era stato presentato, tra l’altro, il documento “Barriere funzionali del Packaging” *, preparato da Francesco Tacconi, membro del comitato tecnico GIFASP, esperto e docente di cartotecnica, dopo esser stato per anni direttore tecnico dello stabilimenti del gruppo EuroPoliGrafico (ex Buitoni).
*Queste le coclusioni in sintesi del documento
Il mondo del packaging è in continua evoluzione. In un’ottica di ottimizzazione di processi su larga scala, a tutti i player in gioco come le cartiere, i costruttori di macchine, i brand owner, i converter e i produttori di coating è chiesto di continuare nello sviluppo tecnologico per far sì che l’applicazione delle lacche barriera diventi sempre più efficiente e con processi stabili e standardizzati. Le sfide sono importanti, ma la strada intrapresa è sicuramente quella corretta. In questo contesto le Associazioni di settore sono fondamentali per facilitare l’incontro e lo sviluppo di progetti condivisi. (il DOC4 “Barriera funzionale nel packaging” può essere richiesto al GIFASP
Entrare nel mercato dell’imballaggio flessibile, sostituendo la pellicola o carta politenata usando carta o cartone come supporto trattato con un nuovo coating barriera applicato durante la stampa, potrà essere la nuova frontiera, che permetterà ai cartotecnici di ampliare i propri orizzonti. Si prospettano quindi anche nuove tecniche di produzione in grado di ridurre il costo degli imballaggi con la stampa flessografica e la fustellatura in linea, in pratica, dalla bobina al pack pronto per il riempimento.
Questo concetto è stato proposto in collaborazione con l’Associazione degli Costruttori Europei del Imballaggio (ECMA), del Politecnico di Milano e di alcune aziende fornitrici.
Carta vs plastica
La novità decisiva è l’introduzione di strati barriera su carta e cartone, applicati in fase di stampa sostituendo così il film plastico come supporto. Si useranno allo scopo prodotti chimici a base acqua, che i test finora eseguiti attestano come non nocivi per l’ambiente e il consumatore. Inoltre, queste vernici o lacche barriera, permettono una maggiore automazione in stampa con notevole riduzione dei tempi in produzione.
La bobina di carta, o cartone, viene caricata sulla rotativa flessografica, stampata applicando l’emulsione barriera e quindi fustellata in linea o fuori linea, pronta per il riempimento e la spedizione. Analogamente, può essere piegata e incollata come nelle procedure per produrre gli astucci. Dopo l’uso il supporto può essere completamente compostato e riciclato per ottenere una nuova bobina di cartone.
La strada giusta
Secondo Francesco Tacconi con questo nuovo concetto gli stampatori e i cartotecnici avranno nuove opportunità per ampliare il proprio mercato, pur restando ancorati alla propria esperienza lavorativa, senza dover cambiare tecniche di produzione. La possibilità di passare dalla stampa a foglio alla stampa rotativa con fustellatura in linea permette anche di ridurre i costi e di restare nell’ambito delle tendenze della protezione ambientale. Carta e cartone sono prodotti naturali facilmente riciclabili, e a prezzi contenuti. Le vernici barriera di protezione a base acqua non creano problemi durante il riciclo e possono anche diventare, fino in certo grado, parte del supporto perché sono costituite da fibre mono materiale. La stampa flexo è attualmente il metodo migliore per applicare lo strato di barriera su bobina e permette notevoli risparmi in confronto della stampa a foglio, sia nell’acquisto della carta sia soprattutto nel rifilo.
Problematiche
Per contro, gli stampatori di imballaggio flessibile, con le loro rotative rotocalco e flexo si trovano con una nuova concorrenza perché hanno il problema che, per la maggioranza, le macchine attualmente installate non sono adatte alla spalmatura delle vernici barriera. Mancano i gruppi stampa con i forni e, inoltre, sono macchine equipaggiate per la stampa con film sottile, inchiostri a solvente e non adatte alla stampa su carta e cartone.
In più, la stampa su supporto in carta e cartone richiede forme dell’imballaggio modificate, e occorrerà modificare il layout, che sarà simile alle attuali scatole pieghevoli. Del resto qualcosa di simile già esiste da tempo con il bag-in-box.
Altro problema sarà quello delle piccole tirature. Le fustelle rotative hanno costi troppo alti e consegne troppo lunghe e per basse e medie tirature il prezzo è troppo alto. La scatola media pieghevole ha una tiratura di 5-6 milioni di pezzi e richiede la consegna della fustella in una settimana. Le fustellatrici piane in linea (flat bed) sono troppo lente e hanno i tempi troppi lungi per il cambio lavoro quando sono installate in linea con una rotativa.
A chi giova?
Si sa che la produzione di scatole pieghevoli con rotativa flexo e fustellatrice in linea può ridurre i costi di produzione del 15 al 30 % circa in confronto alla produzione su macchine a foglio, però allo stesso tempo si aumenta anche il volume della produzione totale. La pratica ha dimostrato che una linea per la produzione di scatole pieghevoli composta da una rotativa flexo e una fustellatrice in linea offre il volume di produzione di 3 macchine offset a foglio e 4 fustellatrici Bobst nel formato 6 (120×140 cm). Esattamente questa alta produttività con una macchina sola, che produce unicamente scatole pieghevoli, spaventa la maggioranza degli stampatori a fare questo investimento. Tuttavia, la possibilità di entrare nel mercato del flessibile stimola gli stampatori italiani di astucci e scatole pieghevoli, consapevoli che la loro produzione è troppo costosa e l’espansione nel mercato del flessibile è in costante aumento: si prevede solamente per la produzione mondiale di contenitori pouch nel 2026 un fatturato di 73,5 miliardi di dollari.
Passare alla produzione in linea riduce il costo e sarà quindi fondamentale per entrare nella produzione del flessibile su supporto in carta o cartone con barriera, tenendo conto dei tempi e dei costi di avviamento e delle competenze necessarie. Oltre a un aggiornamento delle macchine.
Per gli stampatori di imballaggio flessibile il passaggio da film a carta sarà più facile anche se dovranno prevedere cambiamenti e nuove competenze con il passaggio dal sacchetto con la chiusura a saldatura termica a quello con piega e incollatura. Anche qui la produzione avverrà su due binari per alcuni anni perché ci vorranno nuove macchine, con più gruppi stampa con forni, adatte alla verniciatura barriera. Su certe macchine sono comunque possibili adattamenti con opportuni retrofit.
Vernici barriera
I liquidi per l’applicazione della barriera esistono già e sono pronti, come risulta dalle prove fatte. Si possono ancora fare delle migliorie come per la cordonatura dove lo strato di copertura barriera sul cartone diventa poroso e fragile soprattutto se applicato in piano. Con l’applicazione su rotativa il problema non sussiste se anche la cordonatura è effettuata in rotativa. La cordonatura rotativa è la migliore per supporti assorbenti come carta e cartone perché la prima spalmatura si fa prima della entrata nel primo elemento stampa sul lato interno (retro) e la seconda spalmatura dopo l’uscita dall’ultimo elemento stampa sulla parte esterna. Occorre tenere conto che la vernice barriera all’interno dell’imballaggio è in contatto diretto con il prodotto, mentre la vernice barriera esterna non deve essere soggetta a migrazione ed essendo in contatto con l’ambiente, l’umidità, l’ossigeno, e deve resistere al trasporto e allo sfregamento, e deve quindi essere applicato in quantità maggiore sulla zona della cordonatura, come è possibile sulla macchine flessografiche.
Problematiche tecniche
Al momento lavorano allo sviluppo di nuove combinazioni di barriere alcune aziende produttrici di inchiostri e vernici con il Politecnico di Milano e altri. L’applicazione può avvenire con diverse tecniche ma la stampa flexo e la più facile ed economica. La scelta è sopratutto “quanta vernice si vuole trasferire”: da qui si sceglie o un rullo anilox, o una sleeve, oppure una forma di stampa se si vuole usare per la parte interna e esterna. C’è anche l’alternativa di fare il coating direttamente sulla continua in cartiera. L’essiccazione avviene in questo caso a raggi infrarossi. La spalmatura si può anche fare sulle rotative offset di grande formato, ma occorrono due gruppi stampa con forno.
La qualità dell’effetto barriera è influenzato da parecchi fattori: superficie con senza la calandratura, la porosità della superficie, l’assorbimento, il contenuto di acqua, la tensione superficiale, il peso e lo spessore della carta/cartone. Inoltre, la copertura del cartone con polimero, la viscosità, il peso della copertura, la perfetta essiccazione, niente schiuma nella soluzione, il perfetto svolgimento del nastro. Da parte della macchina i gruppi spalmatori e i forni, l’essiccazione, la velocità del nastro, il controllo dello spessore del coating.
Gli effetti barriera
Queste devono agire contro l’umidità, contro grasso e olio, contro l’infiltrazione di aria e impermeabili al vapore. Se sono a base acqua vengono chiamati DSC Coating che permettono uno strato di copertura secca più sottile della lacca tradizionale delle accoppiatrici e impianti di estrusione.
La copertura avviene sempre con un solo strato. Le lacche usate sono formulate su base stirolo-butadiene altamente reticolato con pigmenti lamellari (caolino e talco) in diverse rapporti lattice-pigmento. Il caolino è compatibile con acqua, ma si sono ottenuti risultati sorprendenti con le prove fatte con la formulazione attuale anche se l’effetto barriera contro umidità e grasso è limitato ma usando supporti con superficie lisce si ottengono valori di resistenza molto superiori con assorbimento inferiore a 1 g/m² o 20 g/m² per giorno di acqua con la barriera all’umidità. Questo valore è molto vicino a quello che si ottiene oggi con la copertura fatta con estrusione PET su film: se si aumenta il volume di pigmenti nella struttura delle fibre aumenta il grado di resistenza, ma con la conseguenza che scende la hot seal application a 80° C. Il rischio della formazione di tagli si riduce del 60% se l’applicazione è fatta in senso fibra. È importante da tenere presente se si applica lo strato barriera sul lato stampa (esterno) perché la tendenza della creazione di rotture nello strato di barriera l’effetto è esattamente il contrario di quello ottenuto sul lato interno del supporto e questo è dovuto alla tensione interna del supporto.
Prove con piegature/cordonature del cartone fino a uno spessore residuo del cartone di 0,08 – 0,12 mm non ha indicato alcun effetto negativo sulla stabilità dell’ imballaggio. Anche se la parte di latex si aumenta nel cartone non si vede alcun problema di stabilità, ma tutto questo solo se si producono vassoi o piatti molto grandi che richiedono anche un’umidità di 4,5 – 5% del cartone lavorando con velocità e tiro del nastro ridotto.
Nella stampa di imballaggio si lavora in genere più con la superficie liscia che con superficie ruvida e le piegature si spostano nel raggio da 45 a 90 gradi e non superano mai lo spessore del cartone. Esperimenti e prove fatte al Politecnico di Milano indicano chiaramente che c’è ancora spazio per miglioramenti e modifiche, ma si preferisce aspettare le richieste del mercato e nuovi regolamenti dei governi sull’ambiente. È importante sapere che l’introduzione di barriere su cartone e carta per sostituire il film di plastica non crea ostacoli per il riciclo.
Per carta e cartone con superfici porose e fibre assorbenti ci sono liquidi di copertura per 4 tipi di barriere applicabili in strati separati oppure come mix per diverse barriere. La superficie porosa facilita l’applicazione ma complica contemporaneamente l’essiccazione perché lo strato barriera dovrebbe essere fissato alla superficie. Parliamo di strati bagnati da 10 fino 15 g/m² che una volta essiccati devono essere tra 4 a 6 g/m². Questo richiede una essiccazione efficiente con alte temperature, grande volume d’aria e forni lunghi. Oltre la combinazione di questi 3 fattori, anche il volume applicato, la lisciatura della superficie e la struttura delle fibre hanno un ruolo importante. Principalmente si consiglia una superficie calandrata, la quale offre una superficie chiusa che assorbe poco materiale. Lo strato barriera deve essere posizionato sulla superficie dell’imballaggio non all’interno del supporto, e qui gioca ovviamente anche un ruolo importante lo spessore del materiale.
Effetto protettivo di barriera
Le barriere di protezione (Abb 1) coprono 4 campi: protezione contro umidità, contro lo sporco, contro grassi e olio (Abb 3), contro aria e gas (Abb 2). Il supporto deve sempre essere a prova d’acqua compree le chiusure (Abb 7). La protezione contro la luce richiede la laminazione con alluminio che si può applicare in rotativa, ma richiede un certo volume di imballaggi dedicati (caffè, cosmetica,ecc.) perché equipaggiare la rotativa e costoso. In genere basta la barriera base contro ossigeno, umidità e grassi che interessa soprattutto la parte interna del supporto; per il lato esterno è più importante la protezione contro graffiature, pieghe e smagliature dovute al trasporto (Abb 8).
La copertura barriera interna protegge il contenuto dell’imballaggio soprattutto dall’ambiente esterno – garantisce la conservazione degli alimenti e la migrazione di odori e sapori. La impermeabilità del materiale e delle chiusure deve essere perfetta e questo comprende anche la possibilità della richiusura. La copertura barriera esterna c’entra soprattutto con il trasporto fino alla cassa del supermercato. Qui escludiamo l’imballaggio liquido per bevande e latte (Tetrapak). Importante per l’applicazione della copertura barriera è una superficie calandrata della carta o cartone per evitare l’entrata delle fibre nella struttura, deve creare un’autentica parete di protezione. La stampa flexo offre, con la stampa in perfetto registro, la migliore condizione per imballaggio MOCA (imballaggi in contatto diretto con alimenti ‒ carne, salsicce, pesce, formaggio, burro, caffè ‒ e con profumi, saponi, detersivi, verdure, salate, frutta, medicinali, cosmetica).
La microbarriera avvolge la carta porosa, penetra anche nelle strutture delle fibre e ottiene spesso l’effetto di creare un mono materiale tra coating e fibre durante il riciclo. Questo effetto Lotus (Abb 2 e 6) si sviluppa se il materiale di supporto e il coating barriera hanno caratteristiche meccaniche simili che si uniscono inseparabilmente al contatto. Il coating barriera contro l’infiltrazione di acqua (impermeabilità) ha lo stesso effetto, però è chiamata rugiada, se il materiale di imballo esce dalle catene del freddo in un ambiente caldo oppure viene bagnato ‒ il materiale riserva l’80% delle sue caratteristiche meccaniche, e senza barriere le caratteristiche scendono al 30%. Questo fatto è conosciuto da tempo con imballi di cartone bianco monofibra con coating e copertura di polietilene all’intero bianco con prodotti della catena fredda.
Le superfici porose si possono anche preparare con un primer, stampare sopra per aumentare la qualità di stampa e applicare poi il coating barriera – ma questo richiede un elemento in più. Un punto però richiede definitivamente ancora un miglioramento che non c’entra con la barriera di protezione, ma che è stato nuovamente attuale: la fustellatrice rotativa in linea adesso serve, oltre per le scatole pieghevoli anche per l’imballaggio flessibile. Questo è stampato su nastro, e poi fustellato in linea e riduce notevolmente il costo. Il problema è la fustellatrice piana in linea che ha tempi troppo lunghi per il cambio lavoro rispetto alla rotativa. Esistono fustellatrici rotative in linea con tempi di avviamento di 30 minuti fatti con cilindri fustelle incisi per tirature di milioni di copie, ma il costo è troppo alto per le tirature piccole e i tempi di consegna sono troppo lunghi. Le lamiere fustelle che si usano per la stampa di etichette non funzionano con il cartone, salvo cartoncino sottile per le piccole scatole farmaceutiche. Si preparano una fustellatrice con il taglio laser e la cordonatura con fustelle con la stampa 3D in resina acrilica. Il cambio lavoro avviene in circa 20 minuti in confronto alle 2 ore del passato perché i dati sono nel computer della fustellatrice sia per posizionare i laser sia per la stampante 3D per la fustella.


IN SINTESI
La nuova frontiera per i cartotecnici è l’ingresso nel mercato dell’imballaggio flessibile, per non sostituire il cartone con film plastico, utilizzando carta e cartone trattati con coating barriera applicato in stampa. Questo approccio, combinato con tecniche di produzione in linea come stampa flessografica e fustellatura, riduce i costi del 15-30% rispetto alle macchine a foglio e aumenta significativamente la produttività. Nonostante l’investimento iniziale e la necessità di aggiornamenti tecnologici, il mercato del flessibile, in forte espansione (si prevede un fatturato di 73,5 miliardi di dollari solo per i pouch entro il 2026), rappresenta un’opportunità unica. Per gli stampatori di flessibile, il passaggio dai film plastici alla carta richiederà nuove competenze e macchine specifiche, ma anche adattamenti con retrofit potranno agevolare questa transizione strategica.
buona opportunità x economia circolare ed ambiente