Emballage alimentaire et marquage laser avec le F220i DOMINO

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1 Livre Blanc Emballage alimentaire et marquage laser avec le F220i DOMINO Malgré leur efficacité en matière de codage et de marquage contrasté des matériaux plastiques, les lasers fibrés et à semi-conducteur se montrent traditionnellement moins performants avec le polyéthylène (PEBD et PEHD) et le polypropylène, à savoir les deux polymères les plus fréquemment utilisés dans le secteur de l emballage. Il est toutefois possible de surmonter cette contrainte avec l aide de quelques additifs. Mais jusqu à présent, le temps de marquage s avérait trop long et le code trop inconsistant pour des biens de consommations à flux rapide. C est pourquoi Domino et MERCK KGaA, Darmstadt (MERCK) se sont associés et ont travaillé en étroite collaboration pour développer une application révolutionnaire reposant sur le codeur laser fibré F220i Domino, ainsi qu une nouvelle génération d additifs MERCK. Fruit de cette coopération : une solution de codage rapide et de grande qualité convenant aux emballages alimentaire et cosmétique. 1. Introduction Les lasers à fibre et à semi-conducteur sont d excellents outils pour le marquage et le codage de matériaux plastiques, induisant un changement de couleur très visible sur une large variété de polymères. Ce n est pas le cas des lasers CO2 qui, à l exception du PVC, ne peuvent pas générer de contraste sur ces matériaux. Alors que la lumière laser à fibre pulsé est généralement compatible avec les substrats présentant des pigments foncés, grâce à sa capacité d absorption de ces pigments (voir la figure 1), les choses sont en revanche plus compliquées avec les plastiques blancs ou clairs. Pour générer un contraste, deux possibilités s imposent alors :

2 Fig. 1. Marquage laser blanc sur des matériaux plastiques noirs (polypropylène ici) Carbonisation du matériau Utilisation de micro-capsules, intégrées dans le polymère, qui produisent une couleur noire lorsqu elles sont irradiées par la lumière NIR (proche infrarouge) du laser Les lasers à fibre ne sont capables de carboniser directement que deux polymères : le polycarbonate et le polystyrène. En effet, la plupart des polymères étant perméables au rayonnement laser fibré, ils ne réagissent pas à la lumière laser. Et malheureusement, c est également le cas de la plupart des polymères les plus fréquemment utilisés dans le secteur de l emballage, à savoir le polyéthylène (PEBD et/ou PEHD) et le polypropylène. Le code généré sur des supports en PE ou PP pur par le laser à fibre tend en effet à manquer d homogénéité, sans parler du temps de marquage, qui est trop long pour les biens de consommation à flux rapide (voir la figure 2). Ces types de polymère requièrent soit des additifs qui permettent au polymère de réagir à la lumière laser, soit des additifs qui réagissent directement lorsqu ils sont exposés au faisceau laser. Le premier type convient également aux matériaux plastiques foncés qui ne peuvent pas être blanchis avec le laser fibré F220i Domino. Dans ce cas, c est un processus de moussage qui entraîne la décoloration sur les substrats foncés. Outre l excellente qualité de codage obtenue grâce à ces additifs, un autre avantage de taille se détache : la très faible quantité de puissance laser requise qui accélère considérablement le marquage, aboutissant à des cadences de production très élevées. Fig. 2. Comparaison entre un marquage laser foncé sur des matériaux plastiques blancs (à gauche, PE ; à droite, PP) avec et sans additifs laser

3 2. Mécanismes de codage Comme mentionné plus haut, deux types d additifs différents sont disponibles : Des poudres, qui favorisent l absorption de la lumière laser et de ce fait, la carbonisation (code foncé sur substrat clair) ou l effet du moussage (code clair sur substrat foncé). Avec ces additifs, le résultat du codage dépend également du polymère. Des granules, qui réagissent directement avec la lumière laser émise par le F220i Domino, indépendamment du polymère employé, afin de former un code foncé. La figure 3 illustre de manière schématisée le fonctionnement des poudres, tandis que la figure 4 se rapporte au mécanisme des granules. Laser Iriotec 8000 Polymer Absorption of laser radiation PC PS PET ABS PBT PE* PP POM PA Carbonization of the surrounding polymer Dark marking Foaming/Froth-up of the surrounding polymer Light marking Carbonization (dark marking) Foaming/Froth up (light marking) *depending on Iriotec 8000 Series pigment concentration Fig. 3. Mécanisme du procédé de codage laser lorsque des poudres sont ajoutées au polymère (droits d utilisation appartenant à Merck KGaA, Darmstadt) Fig. 4. Mécanisme du procédé de codage laser lorsque des granules sont ajoutées au polymère (droits d utilisation appartenant à Merck KGaA, Darmstadt)

4 3. Les poudres pigmentées désormais disponibles pour l industrie alimentaire Pour le marquage des plastiques clairs et foncés, Domino Laser recommande l usage des poudres pigmentées de la série Iriotec 8000, développée par MERCK. Ces poudres transforment l énergie de la lumière laser émise par le F220i Domino en chaleur, provoquant un changement de couleur dans le polymère. Au cœur de chaque particule de pigment, se trouve un flocon de mica, qui agit tel un réflecteur infrarouge. Sa portion active se situe au niveau de sa couche externe d absorption de lumière, constituée d oxyde de métal. Les poudres pigmentées de la série Iriotec 8000 peuvent facilement être incorporées dans la formulation des plastiques par mélange-maître. Utilisées conjointement avec le F220i Domino, elles assurent un codage rapide, très contrasté et d une grande netteté. Principales caractéristiques des poudres pigmentées Iriotec 8000 : Elles sont thermorésistantes et de couleur neutre. De par leur faible concentration, elles sont pratiquement transparentes et conviennent à un large éventail de plastiques, polymères techniques et applications standard. Elles n altèrent que très légèrement les propriétés du matériau. Elles peuvent être facilement incorporées par mélange-maître ou composés dans les formulations existantes. Aucun consommable ni étape de production supplémentaire n est nécessaire pour le marquage du produit fini. Elles sont efficaces même en faible quantité. Utilisées conjointement avec le codeur laser à fibre F220i de Domino, elles assurent un marquage laser très rapide. Mais d autres additifs sont également disponibles : les gammes Iriotec 8820 et Iriotec 8825, qui répondent aux exigences du secteur alimentaire. La combinaison de ces additifs et du F220i Domino représente ainsi une véritable révolution dans l industrie du codage et de l emballage alimentaire, et le recours à ce duo sur des volumes très importants de produits alimentaires est désormais une certitude. Car outre les performances techniques, Domino peut se targuer de se distinguer des autres solutions par un prix compétitif. Pour garantir leur compatibilité avec les normes spécifiques du secteur alimentaire, les additifs Iriotec 8820 et Iriotec 8825 présentent plusieurs avancées par rapport à la série 8000 : En raison de leur neutralité, ils conviennent à toute application, qu il s agisse d un marquage sur des pièces techniques ou des emballages alimentaires. Leur teneur en métaux lourds respecte les normes européennes imposées pour l emballage alimentaire (résolution AP (89) 1), ainsi que les recommandations de l institut fédéral allemand d évaluation des risques (BfR). Ils satisfont aux exigences de la FDA (Food and Drug Administration) américaine relatives à l emballage alimentaire (21 CFR Partie 178). Ils sont conformes aux réglementations européennes et américaines concernant les déchets d emballage (CONEG et 94/62/CEE). Ils répondent aux exigences de la législation européenne en matière de substances chimiques (REACH). 4. Granules Pour le marquage des plastiques foncés, ne dépendant pas du polymère de base, Domino recommande les granules Iriotec 8000 de MERCK. Les granules Iriotec 8000 permettent de réaliser un marquage laser foncé sur des supports clairs, dans une multitude d applications. Sous l effet de la lumière laser du F220i, le changement de couleur s opère au niveau de la granule elle-même, ce qui signifie intrinsèquement que le polymère environnant reste inchangé. La substance de base du pigment Iriotec 8000 se compose d une myriade de minuscules unités de matrice polymère et présente une distribution granulométrique optimale. Ces granules renferment un absorbeur de lumière laser et un chromogène, qui ne se dissocient pas, même après incorporation dans le plastique. Lorsque le faisceau lumineux émis par le F220i Domino frappe ces minuscules unités, une tonalité plus foncée de couleur intense est révélée, même à une valeur seuil très faible. Dans le cadre du marquage laser, la technologie à base de granules présente deux avantages : Ce procédé ne dépend pas de la substance de base. Ces additifs sont faciles à manipuler car la taille des pigments est ajustée à la taille des granules des polymères. Le contraste est toujours foncé, que les granules pigmentées soient ajoutées à du polyoxyméthylène (POM), du polyéthylène (PE) ou des élastomères thermoplastiques. Les pigments ou produits laser à base de granules peuvent, par ailleurs, être aisément associés à d autres couleurs et additifs dans des mélanges-maîtres. Il est en outre possible de les ajouter directement au polymère au stade de production final et de les utiliser dans une variété de procédés de fabrication classiques, comme le moulage par injection, le moulage par injection-soufflage ou l extrusion. Combinées au F220i Domino, les granules de la série Iriotec 8000 assurent des performances optimales dans le cadre d un large éventail d applications, dont les suivantes : Marques auriculaires pour l identification des animaux : leur composition doivent répondre aux exigences extrêmement strictes du secteur de l élevage. Câbles et fils : ce type d application requiert un marquage de grande qualité avec quasiment aucun rejet, un défi relevé haut la main par la série Iriotec 8000.

5 Bouchons et capuchons : largement utilisés comme support d informations, ils nécessitent un marquage à la fois fin, haute résolution et robuste. Scellés et sangles : garantissant une sécurité accrue et facilitant la traçabilité des marchandises, ces composants doivent présenter une bonne stabilité aux UV et une grande résistance aux solvants et aux intempéries. Principales caractéristiques des granules Iriotec 8000 : Elles conviennent à de nombreux thermoplastiques. Elles n altèrent que très légèrement les propriétés de la plupart des polymères courants et peuvent être utilisées dans une multitude de procédés de fabrication. Elles assurent un marquage très rapide, dans la mesure où leurs substances actives réagissent efficacement même avec un faisceau laser de faible intensité. En raison de leur remarquable distribution granulométrique, elles produisent un marquage d une excellente qualité et un contraste exceptionnel. Elles ne génèrent qu un impact minimal sur la couleur du polymère, effet qui peut être corrigé par l ajout de couleur. Leur forme granulaire à faible teneur en poussières est propre, facile et sûre à manipuler lors du stockage et de la production. 5. Services de DLG Du fait de notre expérience étendue des lasers proche infrarouge et des additifs laser MERCK, chez Domino Laser, nous sommes en mesure de proposer une solution pour chaque type de codage plastique. Nous pouvons ainsi recommander les additifs appropriés et créer, pour nos clients, des cartes polymères présentant les codes requis, avec les additifs qui conviennent le mieux. Nous pouvons également faciliter l établissement de contacts avec des fournisseurs de mélanges-maîtres, tels que Clariant. Lorsque nous recevons des échantillons en plastique qui ne peuvent pas être codés directement avec le F220i Domino, nous ajoutons généralement des cartes-échantillons indiquant le code demandé, afin de montrer aux clients le résultat obtenu avec des additifs. Il est aussi important de noter que le réglage du laser influe de manière décisive sur les résultats du marquage, au niveau du contraste, de la rapidité et de la résolution. Nous proposons ainsi des matrices de marquage/vitesse/fréquence pour tout type de matériau, qui permettent à nos ingénieurs de maintenance d identifier aisément les paramètres laser appropriés (voir la figure 5). Récemment, MERCK a également développé le Iriotec 8210, un additif laser à base de granules qui répond à toutes les spécifications de l industrie alimentaire. Testé à l aide d un codeur laser fibré e F220i Domino, cet additif a démontré des caractéristiques supérieures en termes de rapidité et de qualité de codage. Outre les atouts susmentionnés, cet additif granulaire satisfait aux normes suivantes : Norme européenne relative aux matériaux d emballage alimentaire en ce qui concerne la teneur en métaux lourds (résolution AP (89) 1) et recommandations de l institut BfR allemand. Réglementations européennes et américaines relatives aux déchets d emballage (CONEG et 94/62/CEE). Exigences du règlement sur l enregistrement, l évaluation, l autorisation et les restrictions des substances chimiques (REACH). Fig. 5. Matrice de marquage/vitesse/fréquence 6. En résumé... Le codeur laser fibré F220i Domino et les additifs Iriotec 8000 de MERCK (granules et poudres pigmentées) constituent une solution économique qui génère, rapidement, des codes parfaits, très contrastés et indestructibles sur la plupart des matériaux polymères. Les additifs Iriotec conviennent tout particulièrement aux fournisseurs d emballages de l industrie alimentaire, de par leur compatibilité avec la norme européenne en matière de matériaux d emballage alimentaire, et de leur conformité avec les exigences de la FDA américaine relatives à l emballage alimentaire.