Windmöller & Hölscher (W&H) est l’un des principaux fournisseurs mondiaux de machines et de solutions système pour la fabrication et la transformation d’emballages souples. Basée à Lengerich, l’entreprise conçoit et produit des machines d’extrusion, d’impression et de transformation de pointe pour l’industrie de l’emballage. Sa gamme de produits comprend des installations pour films soufflés et films cast, des machines d’impression flexographique et héliographique, ainsi que des équipements pour la fabrication de sachets et de sacs. En collaboration étroite avec des partenaires renommés, W&H a développé, à partir du film MDO-PE, des solutions d’emballage recyclables offrant d’excellentes propriétés barrières et adaptées à diverses applications.
Principes fondamentaux du film MDO-PE
Dans le domaine des emballages flexibles durables, les films MDO-PE jouent un rôle clé, car ils permettent de développer des solutions d’emballage haut de gamme, recyclables et économes en ressources. L’un des principaux défis des emballages plastiques souples réside dans le fait qu’ils sont souvent constitués de plusieurs couches de plastiques différents afin d’assurer des fonctions spécifiques telles que l’imprimabilité, la protection et la conservation du contenu. Cependant, ces films composites multimatières sont difficiles à recycler, car les différents plastiques sont complexes à séparer par type. Grâce à la technologie MDO, il est possible de fabriquer un emballage souple présentant des propriétés comparables à partir d’un seul matériau, tel que le polyéthylène (PE). Le film MDO remplace alors la couche PET dans un composite. Le procédé d’étirage confère au PE les propriétés nécessaires à une impression rapide et de haute qualité, ce qui permet d’obtenir un composite entièrement recyclable. De plus, la technologie MDO permet ce que l’on appelle le « down-gauging », c’est-à-dire la réduction de l’épaisseur du film sans perte de stabilité ni de fonctionnalité. Cette réduction d’épaisseur permet d’économiser des matériaux et de diminuer l’empreinte écologique. Les films MDO constituent ainsi un facteur déterminant pour le développement d’emballages souples durables, en rendant possible l’utilisation de composites monomatériaux qui améliorent la recyclabilité tout en conservant des performances élevées en matière d’emballage.
Processus de fabrication du film MDO
La fabrication d’un film MDO débute par la sélection de la matière première appropriée, généralement différents types de polyéthylène tels que le LDPE, le LLDPE ou le HDPE, en fonction des propriétés requises pour le film final. Le film primaire est extrudé selon un procédé de film soufflé ou de film cast, puis intégré au processus MDO en ligne. Après l’extrusion, l’étirage MDO proprement dit a lieu, cette étape est déterminante pour l’amélioration des propriétés mécaniques du film. Le film est d’abord chauffé de manière contrôlée à une température précisément définie, généralement comprise entre 90 et 130 °C selon le type de PE utilisé. Dans la zone d’étirage suivante, le film est ensuite étiré dans le sens de la machine. Cette opération est réalisée à l’aide de bobines tempérées tournant à différentes vitesses, ce qui permet d’étirer le film jusqu’à plusieurs fois sa longueur initiale. Au cours de ce processus, les chaînes de polymères s’alignent dans le sens de l’étirage, entraînant une augmentation significative de la résistance à la traction et de la rigidité. Afin de stabiliser le film et d’éviter qu’il ne retrouve sa forme d’origine, celui-ci est refroidi dans une zone de fixation thermique. Selon l’application finale, le film peut également subir un traitement corona ou plasma afin d’améliorer ses propriétés d’impression et d’adhérence. Le film est ensuite enroulé sur des bobines et préparé pour les étapes ultérieures d’impression et de transformation. Ce processus de fabrication confère au film des propriétés mécaniques améliorées, une résistance accrue, une meilleure qualité optique ainsi qu’une réduction de l’épaisseur du matériau, tout en garantissant des performances constantes. Actuellement, le MDO-PE est particulièrement adapté à la fabrication de composites monomatériaux, ce qui le rend recyclable.
Les défis
La production d’un film MDO est techniquement très exigeante, car le processus d’étirage nécessite un contrôle précis de nombreux paramètres. Un mauvais réglage peut entraîner des effets indésirables tels que des fissures, un rétrécissement ou des irrégularités. Le contrôle de la température est un aspect central de la complexité du processus. Le film doit être chauffé à la température exacte pour pouvoir être étiré de manière uniforme. S’il est trop froid, il se déchire ; s’il est trop chaud, il perd sa stabilité mécanique. L’étirement contrôlé est tout aussi difficile.
Le film est étiré à travers une série de bobines, chaque bobine suivante tournant plus vite que la précédente. Cette différence de vitesse détermine le rapport d’étirement, qui est généralement compris entre trois et sept fois la longueur d’origine. La fixation de l’orientation après l’étirement est également décisive. Sans un traitement thermique ciblé, le film se rétracterait à nouveau et perdrait ses propriétés optimisées. Le refroidissement doit donc être effectué de manière à préserver l’alignement moléculaire tout en ne perd pas sa flexibilité. Un autre point critique est la facilité de mise en œuvre du film MDO dans les processus en aval. L’orientation modifie les propriétés mécaniques, ce qui a un impact sur l’impression, le laminage et le scellage du film. Un étirement MDO mal ajusté peut entraîner un mauvais fonctionnement du film, une déformation ou des propriétés de barrière et de scellage non conformes aux exigences.
Association du MDO-PE et de l’EVOH
La combinaison du MDO-PE et de l’EVOH est fréquemment utilisée pour la fabrication d’emballages souples présentant une barrière à l’oxygène améliorée. Tandis que le MDO-PE acquiert une stabilité mécanique accrue grâce au procédé d’étirage, l’EVOH réduit fortement la perméabilité à l’oxygène et prolonge ainsi la durée de conservation des contenus sensibles. Cette association de matériaux permet de concevoir des emballages plus fins et plus économes en ressources, tout en préservant leur recyclabilité. Jusqu’à présent, pour les produits courants, la barrière à l’oxygène requise est généralement obtenue à l’aide de combinaisons de matériaux alternatives, souvent non recyclables. Dans le cas des structures MDO-PE, la proportion de composants non PE, tels que l’EVOH, ne doit pas dépasser 5 % du total afin de maintenir la recyclabilité.
Malgré certains défis, notamment la sensibilité à l’humidité et les contraintes liées au scellage, cette combinaison de matériaux demeure une solution attractive pour les emballages souples durables. En raison de sa sensibilité à l’humidité, l’EVOH peut perdre une partie de son effet barrière, il doit donc être protégé par une couche de PE ou par un autre composant hydrofuge. Par ailleurs, les propriétés de scellage du film sont modifiées lorsqu’il est combiné avec de l’EVOH. Les composites MDO-PE présentent une fenêtre de scellage étroite, car le PE possède pratiquement le même point de fusion en surface externe et interne. Le MDO-PE n’est généralement qu’un substrat d’impression et ne doit donc pas être scellé. Le film de laminage situé du côté intérieur doit, en revanche, offrir de bonnes performances de scellage. C’est pourquoi une couche de PE non orientée est souvent intégrée en tant que couche de scellage, afin de faciliter la mise en œuvre sur les machines d’emballage.
Comment W&H répond à ces défis
W&H associe son système d’extrusion bulle Varex à la technologie MDO, offrant ainsi de nombreux avantages dans la production de films. Grâce à une technologie innovante et à un contrôle précis du processus MDO, il est possible d’obtenir des films de qualité optimale présentant des propriétés mécaniques et optiques améliorées. Lennart Ederleh, directeur des ventes techniques de la division Extrusion chez W&H, explique : « Les propriétés mécaniques et optiques du film PE MDO sont considérablement améliorées par l’étirage. La technologie MDO de W&H permet une optimisation complète des paramètres du processus afin d’obtenir les meilleurs résultats possibles. Toutes les températures et vitesses des bobines MDO peuvent être contrôlées individuellement. De plus, l’écartement d’étirage peut être ajusté de manière flexible entre 5 et 60 mm pendant la production, afin de garantir des propriétés optimales du film. Le processus d’étirage peut être réglé avec précision via la tension de la bande ou la vitesse d’étirage. Malgré la rigidité inhérente du matériau, le film se distingue par son excellente planéité. »
La combinaison du système Varex et de l’unité MDO améliore à la fois l’efficacité de la production et la qualité du film. L’automatisation Optifil P MDO permet un contrôle continu et des ajustements précis du processus. Le concept d’extrudeuse, à la fois robuste et flexible, autorise le traitement d’une large gamme de matériaux. L’intégration harmonisée de l’ensemble des composants des machines W&H permet de concevoir des lignes de production performantes, sans problèmes d’interface. Par ailleurs, l’imprimabilité éprouvée sur les machines d’impression flexographique et héliographique W&H adaptées garantit une qualité d’impression de tout premier ordre sur les films MDO.
Emballage de café recyclable à base de MDO-PE
Le sachet de café recyclable à fond plat, développé par W&H, constitue un exemple concret de la manière dont les défis liés au développement durable peuvent être relevés dans le domaine des emballages souples. Jusqu’à présent, ces sachets à haute barrière étaient principalement composés de BoPP ou de BoPET métallisé et étaient, après utilisation, recyclés thermiquement (« incinérés »). Grâce à l’utilisation d’un film MDO-PE étiré, combiné à une couche barrière en EVOH et à un film de scellage en PE, il a été possible de développer un matériau composite ne contenant que 2 % d’EVOH. Cette structure présente ainsi une recyclabilité nettement supérieure à celle des matériaux conventionnels utilisés jusqu’à présent. Parallèlement, le film offre les propriétés barrières nécessaires contre l’oxygène et la vapeur d’eau, atteignant des performances comparables à celles de complexes de films non recyclables tels que le BoPP/PE métallisé ou le BoPET/PE. Grâce à l’automatisation Optifil P MDO, cet emballage flexible se distingue par une efficacité élevée du processus de production, tandis que le concept de film qualifié garantit des performances fiables tout au long de la chaîne de valeur. En outre, les propriétés barrières ont été optimisées afin d’assurer une protection maximale du produit. Lors de l’événement « Innomeeting », organisé par Innoform en février à Osnabrück, Frederik Petzold, directeur des ventes techniques BU Printing & Finishing chez Windmöller & Hölscher, a précisé que le film MDO-PE peut être imprimé en héliogravure de haute qualité pour la fabrication d’emballages de café.
Que faut-il prendre en compte lors de l’impression de films MDO ?
Bien que le MDO-PE offre de nombreux avantages, il pose également des défis spécifiques pour le processus d’impression, en particulier sur les machines d’impression à structure verticale, telles que celles principalement utilisées en héliogravure. L’une des principales difficultés réside dans le contrôle de la tension de la bande, car le PE présente une forte dilatation thermique lorsqu’il est chauffé. En pratique, il peut arriver que le film se rétracte sous l’effet de la tension de la bande, ce qui entraîne des problèmes de repérage pendant l’impression. W&H a relevé ce défi en mettant en œuvre des bobines de guidage Supergrip spécialement conçues, qui assurent une adhérence accrue du film sans l’endommager. En complément, un système de régulation très précis de la température des bobines de refroidissement a été intégré afin de compenser les dilatations thermiques indésirables.
Outre l’utilisation de bobines de refroidissement, le réglage ciblé des paramètres de séchage joue également un rôle déterminant, notamment grâce à la régulation précise de la température et de la vitesse du flux d’air. « Lors de l’impression de films plastiques, la température et la tension de la bande jouent un rôle décisif », explique Holger Kreilkamp, directeur de la gestion des produits chez W&H. « En principe, un film se dilate lorsqu’il est chauffé. Cela vaut tout particulièrement pour le polyéthylène (PE), dont la dilatation thermique est environ trois fois supérieure à celle du polyéthylène téréphtalate (PET). Dans la pratique, cependant, le comportement est différent lorsque le film est soumis à une tension. »
Malgré la dilatation attendue, une augmentation de la température sous tension peut entraîner un rétrécissement de la bande de film. Ce phénomène s’explique par la diminution du module d’élasticité (module E) du matériau sous l’effet de la chaleur, ce qui réduit sa résistance à la traction et provoque un rétrécissement. Le procédé d’impression en creux illustre bien ce comportement : après le premier encrage, le film se rétracte dans le sens transversal, de sorte que les encrages suivants apparaissent plus larges que le premier. Après cette phase initiale de rétraction, le film reste toutefois largement stable.
Afin de maîtriser ces effets et de garantir une qualité d’impression élevée et constante, W&H s’appuie sur plusieurs solutions technologiques. Celles-ci permettent d’optimiser la tension de la bande, de compenser de manière ciblée les variations de température et d’assurer la stabilité du registre. « Une mesure clé consiste à utiliser des bobines de guidage Supergrip dans notre machine d’impression héliographique Heliostar II. Grâce à leur structure de surface spécifique, ils garantissent une adhérence particulièrement élevée sur le film, sans l’endommager ni le rayer », souligne Holger Kreilkamp. « Cela permet de réduire considérablement la tension de la bande sans impact négatif sur le repérage. Par rapport aux bobines en céramique classiques, ils présentent en outre l’avantage d’être nettement plus faciles à nettoyer. »
Un autre facteur essentiel pour un traitement homogène du film réside dans le contrôle précis de la température des bobines de refroidissement. W&H propose à cet effet une fonctionnalité permettant un réglage individuel et extrêmement précis de la température de chaque bobine de refroidissement. Cette méthode est non seulement plus rapide, mais aussi plus précise que l’ajustement de la température de séchage pour chaque groupe d’encrage pris individuellement, garantissant ainsi une stabilité thermique optimale de la bande de film. Par ailleurs, le système intégré de contrôle du repérage Heliocontrol de W&H assure un positionnement précis dans les machines d’impression héliographique. Il permet un suivi exact des capteurs lors des changements de bobines, notamment pour les films présentant une torsion vers la droite ou vers la gauche. Une précision de repérage constante est ainsi maintenue tout au long du processus d’impression. Ce système constitue également la base de l’impression 7C en héliogravure, qui exige une précision maximale. Enfin, W&H a développé des couteaux de coupe spécifiques pour les applications MDO-PE, utilisés au niveau des enrouleurs.
Les films MDO-PE jouent un rôle central dans le développement d’emballages flexibles durables. Le procédé d’étirage spécifique dans le sens de la machine améliore de manière significative les propriétés mécaniques, la transparence et l’effet barrière du film. Il en résulte un composite monomatériau recyclable, constituant une alternative performante aux films composites conventionnels. W&H fait progresser cette technologie depuis plusieurs années grâce au développement de machines et de solutions innovantes, et a déjà implanté avec succès de nombreuses installations MDO sur le marché. La combinaison de l’extrusion de film bulle Varex et de la technologie MDO permet un contrôle précis des propriétés du film, optimise l’efficacité de la production et améliore l’aptitude à la transformation lors des étapes en aval, telles que l’impression et le laminage. L’impression des films MDO-PE présente toutefois des défis techniques spécifiques, notamment en héliogravure. La dilatation thermique du PE peut entraîner des problèmes de repérage. C’est pourquoi W&H a développé des solutions ciblées visant à garantir une qualité d’impression optimale, reposant sur l’utilisation de bobines de guidage spécifiques, un contrôle précis des températures et des systèmes avancés de régulation du registre. L’utilisation du MDO-PE en combinaison avec l’EVOH pour les emballages à haute barrière illustre le potentiel de cette technologie pour la mise en œuvre de solutions d’emballage durables et hautement fonctionnelles. Malgré les défis encore existants, la technologie MDO constitue ainsi une approche innovante pour le développement de concepts d’emballage recyclables.
