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Curso: Engenharia de Alimentos

SEGMENTAÇÃO DO MERCADO DE PLÁSTICOS

POR APLICAÇÃO

http://file.abiplast.org.br/download/estatistica/perfil_2010.pdf

30 kg/hab/ano

ORIGEM DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS DEFINIÇÃO DE PLÁSTICO

Grupo de materiais sólidos originados de

resinas poliméricas sintéticas ou naturais, com

características mecânicas de fácil moldagem

pela ação do calor e pressão

Materiais

termoplásticos

Materiais

termorrígidos Elastômeros

(Borrachas)

MATERIAIS TERMOPLÁSTICOS

• Materiais que podem ser moldados sob a influência de

temperatura e pressão, conservando a sua nova forma,

ao restabelecer as condições de ambiente.

• Este ciclo pode ser repetido diversas vezes, sendo,

portanto, a forma final reversível.

• Exemplos: polímeros polietileno, polipropileno, policloreto

de vinila

MATERIAIS TERMORRÍGIDOS

Materiais que também podem ser moldados por meio de

temperatura e pressão, porém, a operação é irreversível

devido a formação de ligações cruzadas pelas

ramificações das cadeias poliméricas

Exemplos: poliuretano, resinas epóxi, fenol + formaldeído

(baquelite – cabos de panelas) e fenol + uréia.

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ELASTÔMEROS

Borrachas

Classe intermediária entre os plásticos e termorrígidos

Não são passíveis de fusão, mas apresentam alta

elasticidade

Aplicações – pneus, vedações, mangueiras de borracha

VANTAGENS E DESVANTAGENS

Tem peso inferior – custo de

transporte e distribuição

Produzidos a T menores que o vidro –

custo de energia

Moldados com precisão em uma

variedade de formas mais ampla

Resistentes e inquebráveis

Fáceis de fechar

Podem ser facilmente coloridos

Tem maior resistência química que os

metais

Não são reutilizáveis

Possuem baixa resistência ao

calor

São menos rígidos que metal e

vidro

POLÍMEROS E POLIMERIZAÇÃO

Polímeros

– São materiais orgânicos ou inorgânicos de elevada massa

molecular

– Compostos basicamente por carbono, hidrogênio,

nitrogênio, oxigênio, cloro e flúor

Polimerização

– Reação de síntese dos monômeros para a obtenção do

polímero

POLÍMEROS E POLIMERIZAÇÃO

Homopolímeros

– São polímeros cujas unidades moleculares fundamentais

são da mesma natureza

– Exemplo: polietileno (PE)

Polimerização

Etileno Polietileno

Monômero

HOMOPOLÍMEROS POLÍMEROS E POLIMERIZAÇÃO

Copolímeros

– São polímeros cujas unidades moleculares fundamentais,

monômeros, não são da mesma natureza

– Exemplo: etileno-vinil-acetato (EVA)

H C C

O

O C C

H

HH

H

H

H C C

O

O C C

H

HC

H

H

H

H C

H H

H

n

H

H

C C

H

H

+

acetato de vinila

etileno-vinil-acetato

etileno

n n cat. pressãoPolimerização

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COPOLÍMEROS ADITIVOS

Compostos químicos adicionados aos

polímeros para melhorar o desempenho

das embalagens plásticas

Melhoraram as propriedades físicas e

mecânicas do material final

ADITIVOS

Estabilizantes

– Sua função é aumentar a vida útil do polímero

– Também pode ser usado para aumentar a resistência ao

processamento (estabilizante de processo)

– Antioxidantes - retardar ou suprimir alterações químicas de

oxidação em polímeros, na presença do oxigênio do ar.

– Fotoestabilizantes - retardar as reações químicas iniciadas pela

incidência de radiação UV

ADITIVOS

Plastificantes

– Melhoram a processabilidade e a flexibilidade

– Reduzem a viscosidade do sistema aumentando a mobilidade

das macromoléculas

– Provocam um deslocamento da temperatura de transição vítrea

para temperaturas mais baixas

Pigmentos e corantes

– São usados para mudar o comprimento de onda de luz refletida

ou transmitida por materiais acabados. Com isso fazem com

que o material adquira uma determinada cor ou aparência

PROPRIEDADES FÍSICAS

Cristalinidade

– Dependente da natureza química do monômero e da estrutura

molecular (linear ou ramificada)

– Amorfos (transparentes) e cristalinos (translúcidos a opacos)

– Varia de 0 a 98% - podem ser totalmente amorfos, mas não

100% cristalinos

– PM e linearidade cristalinidade

– grau cristalinidade rigidez, resistência à tração, à

compressão e a T de selagem e permeabilidade,

transparência, resistência ao rasgamento e ao impacto

PROPRIEDADES FÍSICAS

Densidade

– Dependente da composição química dos monômeros

– Para uma mesma composição monomérica varia em função da

estrutura molecular e do grau de cristalinidade

– Polietileno – 0,89 a 0,965 g/mL

– Policloreto de vinila – 1,40 g/mL – presença de Cl na molécula

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PROPRIEDADES TÉRMICAS

Temperatura de transição vítrea (Tg)

– Característica de cada polímero

– T na qual o material termoplástico muda seu estado

relativamente quebradiço para um outro mais macio e flexível

– Modificada por agentes plastificantes e/ou copolimerização –

ampliação da faixa de T para melhor utilização da embalagem

– Materiais com baixa Tg são flexíveis à T ambiente - polietileno

de baixa densidade.

– Materiais com alta Tg são quebradiços à T ambiente

PROPRIEDADES TÉRMICAS

Temperatura de fusão cristalina (Tm)

– É a T na qual o polímero se solidifica na forma cristalina, ao se

resfriar após a fusão

– Materiais amorfos amolecem prontamente quando aquecidos acima

da Tm

– Acima de Tm pode-se moldar o polímero

Temperatura de decomposição (Td)

– É a T relacionada com a estabilidade do polímero quanto ao início

da degradação térmica

– Quanto Td mais crítico torna-se o processo

– Aditivos de estabilização térmica

PROPRIEDADES TÉRMICAS DE ALGUNS MATERIAIS

DE EMBALAGEM

Polímero Tg (°C) Tm (°C) Td (°C)

Polietileno de alta densidade (PEAD) -123 135 360

Polietileno de baixa densidade (PEBD) -60 110 335

Policloreto de vinilideno (PVDC) -20 190 200

Polipropileno (PP) -10 170 330

Poliestireno (PS) 82 240 325

Policloreto de vinila (PVC) 80 210 160

Politereftalato de etileno (PET) 81 265 283

Policarbonato (PC) 147 267 330

Tg = T de transição vítrea; Tm = T de fusão cristalina; Td = T de decomposição

Adaptado de FARIA, J. A. F. Materiais plásticos para embalagem, 2010.

RESISTÊNCIA QUÍMICA

Dependente da composição molecular do polímero e da sua

interação com o alimento acondicionado

Alimentos ricos em lipídeos

– PEBD - barreira a óleos – embalagem oleosa na parte

externa e defeitos na impressão gráfica da rotulagem

Solventes orgânicos

– T e agitação aceleram a solubilidade

– A solubilidade com do PM

– As ligações cruzadas solubilidade

PROPRIEDADES MECÂNICAS

Dependem do tipo de polímero, da polimerização, dos

aditivos incorporados à resina e dos processos de

transformação e conversão das embalagens

Envelhecimento – perda de resistência – stress craking

– Foto-oxidação

– Evitar exposição à luz solar

– Utilização de aditivos: antioxidantes e absorvedores UV

PROPRIEDADES DE BARREIRA

Proteção física ao produto durante estocagem, transporte e

distribuição

Estabilidade do alimento com relação às transformações

microbiológicas, bioquímicas, químicas e físico-químicas –

grau de proteção ou de barreira do material

Consequências da permeabilidade

– Degradação pelo oxigênio

– Perdas de CO2 em bebidas carbonatadas

– Absorção de umidade em produtos desidratados

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PROPRIEDADES DE BARREIRA

Permeabilidade – parâmetro de qualidade e de especificação

de materiais de embalagem

Transferência de massa

– Defeitos e falhas no fechamento – falta de integridade ou de

hermeticidade do sistema

– Pode ser evitada ou minimizada

Transferência de gases, vapor de água e compostos voláteis

– Através da parede de embalagens íntegras

– Propriedade de cada material – não existem embalagens

plásticas impermeáveis

PERMEABILIDADE A GASES E A VAPOR DE ÁGUA

DE ALGUNS MATERIAIS DE EMBALAGEM

Polímero TPO2*

(cm3/m2.dia.atm) TPCO2*

(cm3/m2.dia.atm) TPVA**

(g/m2.dia)

Etileno vinil álcool 1,4 3,9 28

Policloreto de vinilideno 2,0 4,9 1,8

Náilon 6 51 114 197

Polietileno tereftalato 94 472 35

Policloreto de vinila 98 394 18

Polipropileno 2300 10800 4,9

Polietileno de AD 3640 11400 5,9

Policarbonato 5900 21100 216

Poliestireno 7230 17700 140

Polietileno de BD 9800 49200 19,7

*A 25°C e 75% umidade relativa; ** A 38°C e 90% umidade relativa

FARIA, J. A. F. Materiais plásticos para embalagem, 2010.

MIGRAÇÃO

Transferência de substâncias do polímero para o

produto

– Migração total – somatória dos compostos migrados para

o produto, prejudiciais ou não

– Migração específica – composto cujas consequências

podem ser toxicológicas ou causador de alterações

sensoriais do alimento

• Controlado pela legislação

PLÁSTICOS PARA EMBALAGEM

Identificação POLIETILENO (PE)

Mais utilizado

Obtido pela polimerização do etileno

Polietileno de alta densidade – PEAD

– Pressão 40 atm e T 60-160°C

Polietileno de baixa densidade – PEBD

– Pressão 1200 atm e T 150-200°C

– Apresenta cadeias laterais (ramificações)

H

H

C C

H

H

C C

H

H

H

H

n

etileno polietileno

cat. pressãon

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POLIETILENO (PE)

PEBD

Adequado para produção de

filmes com alta flexibilidade

Boa transparência dos filmes

com baixa espessura

Boa barreira ao vapor de água

Alta permeabilidade a gases

Grande faixa de T de

termosselagem

PEAD

Menor transparência e maior

opacidade dos filmes

Adequado para garrafas,

balde, bandejas

Melhores propriedades de

barreira

Maior resistência aos óleos,

gorduras e compostos

químicos

POLIETILENO (PE)

Polietileno de baixa densidade linear

(PEBDL)

Copolímero de eteno e um comonômero (propeno, 1-buteno,

1-hexeno ou 1-octeno)

Estrutura molecular de cadeias lineares com ramificações

curtas em maior número que o PEBD

Ramificações – influência na rigidez, densidade, dureza e

resistência à tração

Mais cristalino que o PEBD, melhores propriedades

mecânicas e maior temperatura de fusão

resistência à tração, alongamento e melhor resistência ao

rasgo

Propriedades e aplicações do PEBDL

Termoplástico com capacidade de selagem a quente

Utilizado em mistura com PEBD para empacotamento

automático – açúcar, arroz, farinha, leite em pó

Mistura com PEAD – sacos de adubos, produtos químicos,

ração animal

Tampas, frascos de suco, leite, iogurte, sacolas de

supermercado, caixas para garrafas de refrigerantes e

cerveja

Polietileno verde

Produzido a partir do etanol de cana-de-açúcar – matéria-

prima renovável

Transformação do eteno verde em PE verde

Produção

– Etanol da cana-de-açúcar passa por um processo de

desidratação e é transformado em eteno verde

– O eteno verde sofre polimerização – polietileno verde

http://www.braskem.com.br http://www.braskem.com.br

Produção

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Propriedades

Redução de emissão de gases do efeito

estufa – produção captura e fixa CO2 da

atmosfera

Matéria-prima renovável – cana-de-açúcar

Reciclável na mesma cadeia de reciclagem

do polietileno tradicional

Mesmas propriedades técnicas, aparência e

versatilidade de aplicações do polietileno de

fonte fóssil

Não exige investimento em novas máquinas

nos convertedores plásticos

Não é biodegradável

http://www.braskem.com.br

POLIPROPILENO (PP)

Obtido pela polimerização do propileno

Molécula linear com 3 configurações

– Atática – disposição aleatória do grupo metil (CH3) – resina

amorfa e pegajosa de pouca aplicação em embalagens

– Isotática – grupo metil disposto de um só lado da molécula

– Sindiotática – grupo metil em disposição alternada

CH2

CH

CH3

n

polipropileno - PP

Atática Isotática Sindiotática

Grupo metil

POLIPROPILENO (PP)

Material cristalino e com boa transparência

Embalagens de PP podem ser utilizadas em micro-ondas

Tg baixa (18°C) – não pode ser congelada – fica frágil e

quebradiça

Polipropileno Biorientado (PPBO) – maior resistência e

transparência

Utilizados na fabricação de garrafas, frascos, potes, pacotes

de salgadinhos, embalagens de biscoitos, embalagens de

massas secas

POLIPROPILENO (PP)

Alto rendimento na produção de

embalagens convertidas

Filme biorrientado (BOPP) com

ótima transparência

Boa barreira aos óleos e gorduras

Boa barreira ao vapor de água

Mais rígido, mais resistente e mais

leve que PE

POLIPROPILENO BIORIENTADOS - BOPP

Etapas do processo

– Extrusão – o PP é fundido e expelido de uma matriz plana na

forma de filme

– Formação – formação e resfriamento do filme de PP

– Estiramento longitudinal – estiramento mecânico que promove a

orientação das cadeias de PP na direção longitudinal

– Estiramento transversal – orientação na direção transversal,

resultando na película biorientada

– Tração e tratamento da película orientada e embobinamento

BOPP

Propriedades de barreira,

rigidez e resistência mecânica

superiores ao PP não orientado

Pode ser utilizado com

melhores resultados em

espessuras muito inferiores

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POLIESTIRENO (PS)

Monômero básico – estireno

Configuração atática ou isotática

Forma atática – PS cristal – amorfo, transparente e

quebradiço

É um filme transparente, quebradiço, brilhante, com alta

permeabilidade aos gases

Pouco utilizado como componente principal de embalagens

CH2CH

n

poliestireno - PS

POLIESTIRENO (PS)

Poliestireno cristal (PS)

– PS comum – copos descartáveis

Poliestireno de alto impacto (PSAI)

– Mais resistente

– Produção de bandejas, potes e frascos para produtos lácteos e

pratos e copos descartáveis

Poliestireno expandido (PSE)

– Isopor

– Baixa densidade e boas características como acolchoamento e

isolante térmico

– Produção de bandejas

POLIESTIRENO (PS)

Alta transparência no caso do PS

cristal

Filmes biorientados resistem ao

congelamento

Fragilidade e baixa resistência ao

impacto

Fácil termoformação, quando

modificado para alto impacto

Boa resistência aos ácidos e bases

fortes

Baixa propriedade de barreira

POLIETILENO TEREFTALATO (PET)

Polimerização dos ácidos dimetil tereftalato ou tereftálico com o

etileno glicol

PM > 30.000 – valor necessário para a produção de embalagens

como garrafas de refrigerantes

Filme transparente, muito resistente, com brilho e propriedades

muito boas contra umidade e gases

PETA – amorfo, transparente – embalagens de bebidas e óleos

vegetais

PETC – tratamento para resistir a alta T – bandejas para micro-

ondas

POLIETILENO TEREFTALATO (PET)

Alta resistência mecânica (tração, ruptura

e impacto)

Boas propriedades ópticas (transparência

e brilho)

Baixa resistência térmica do PET

convencional

Estabilidade térmica em forno de micro-

ondas (PETC)

Boa barreira ao CO2 e aos aromas

Boa resistência a óleos e gorduras

Boa resistência química

POLICLORETO DE VINILA (PVC)

Polimerização do monômero cloreto de vinila

Rígido e duro a T ambiente

Plastificado para produção de filmes flexíveis

Produção de PVC grau alimentar – aditivos aprovados pela

legislação

Estabilizante – aumentar a estabilidade térmica e fotoxidativa

Plastificantes – facilitar o processamento e melhorar as

propriedades funcionais das embalagens CH

2CH

Cln

policloreto de vinila - PVC

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POLICLORETO DE VINILA (PVC)

As propriedades físicas e mecânicas

dependem da formulação

Filmes sem plastificantes tornam-se

quebradiços

Os plastificantes diminuem a barreira

do PVC

Os filmes são bem transparentes e

brilhantes

Boa resistência aos óleos e gorduras

Quando superaquecido libera HCl e

gás tóxico

POLICLORETO DE VINILIDENO (PVDC)

Semelhante ao PVC – mais um Cl na molécula

Alta densidade – muito rígido – inadequado para fabricação

de embalagens

Utilizado na forma de verniz – boa barreira

Copolimerizado com PVC – filmes para embalagens à vácuo

Embalagens termoencolhíveis - Cryovac

CH2

Cl

C

Cln

policloreto de vinilideno - PVdC

POLICLORETO DE VINILIDENO (PVDC)

Boa barreira aos gases, vapor de água e

compostos voláteis

Boa resistência a óleos e gorduras

Boa resistência química

Alta resistência à tração

Termossoldabilidade

POLIAMIDAS (PA)

Grupo de polímeros denominados náilon

Náilon 6, náilon 6-6, náilon 6-10, náilon 6-12, náilon 11 e

náilon 12

Propriedades dependem dos monômeros – ácidos, diaminas

ou aminoácidos heterofuncionais

Presença do grupo amino (–NH2) na molécula do polímero

– Alta absorção de H2O – formação de ligações de hidrogênio

– Quanto n° de (–NH2) interação com água

POLIAMIDAS (PA) POLIAMIDAS (PA)

Alta resistência a tração e ao alongamento

Excelente resistência ao impacto e perfurações

Boa barreira aos gases e aromas

Boa resistência ao calor e baixas T

Alta absorção de água

Aplicações

– Embalagens à vácuo para produtos cárneos e lácteos

– Embalagens esterilizáveis

– Alimentos que sofrem cozimento dentro da própria embalagem

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COPOLÍMERO DE ETILENO E ACETATO DE VINILA

(EVA)

Polimerização do etileno com acetato de vinila – melhora as

propriedades do PEBD

H C C

O

O C C

H

HH

H

H

H C C

O

O C C

H

HC

H

H

H

H C

H H

H

n

H

H

C C

H

H

+

acetato de vinila

etileno-vinil-acetato

etileno

n n cat. pressão

COPOLÍMERO DE ETILENO E ACETATO DE VINILA

(EVA)

Propriedades dependem da proporção de acetato no polímero

– ≤ 5% – filmes com maior transparência e moderada resistência

mecânica

– 6-12% – filmes esticáveis com melhor resistência ao impacto e à

baixa T

– 15-18% – filmes termosselantes para coextrusão e misturas

poliméricas

– 18-30% – produção de adesivos

COPOLÍMERO DE ETILENO E ÁCIDO ACRÍLICO

(EAA)

Reação do etileno com ácido acrílico

Resistência química e propriedades de barreira semelhantes

ao PEBD

Características superiores de resistência à tração, resistência

a selagem e adesão

ácido acrílico – melhora transparência e T de

termossoldagem

Aplicação como resina adesiva em laminação à folha de

alumínio e filmes aluminizados

COPOLÍMERO DE ETILENO E ÁLCOOL VINÍLICO

(EVOH)

Obtido pela hidrólise do copolímero de etileno e acetato de vinila

Propriedades de barreira dependem da proporção de etileno

Alta solubilidade e estabilidade térmica

Excelente barreira a gases, aromas e solventes

Boas propriedades mecânicas, ópticas e térmicas

Resistência a óleos e solventes orgânicos

Alto brilho e alguma transparência

Usado entre outros materiais e unido por adesivos

Embalagens à vácuo

H

H

C C

H

H

etileno

n

H

C C

H

OH

H

+cat. pressão

H

C

H

C

H

H H

C

H

C

H

OH

+

CH2

CH2

CH2

C

H

OHn

álcool vinílico

etileno-álcool vinílico EVOH

n

IONÔMEROS (IO)

Copolímeros de etileno com ácido acrílico

Substituição de parte dos átomos de H por Na ou Zn

Alta transparência, resistente à perfuração, menor T de

selagem e boa aderência à quente

Boa aderência ao produto e boa selagem (carnes embaladas

à vácuo)

Mais caro que PEBD e EVA

POLICARBONATO (PC)

Alta transparência – apelo visual

Resistência à tração, ao impacto, à temperatura

Utilizado em embalagens de produtos que sofrem tratamento

térmico

Fabricação de mamadeiras – esterilizadas por fervura

Alto custo

O C

Cl

Cl

OH C

CH3

CH3

OH+

fosgênio 4,4'-difenilol-propano

policarbonato

O C

CH3

CH3

O C

On

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BIOPOLÍMEROS

Fontes biológicas ou agrícolas

Celuloses, carboidratos (amidos e açúcares), proteínas,

lipídeos

Materiais biodegradáveis por ação microbiológica e/ou via

oxidativa

Menor resistência mecânica e pouca barreira à gases e vapor

de água

Utilizados na produção de filmes e revestimentos comestíveis

para alimentos industrializados e frutas

PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO E

CONVERSÃO

PROCESSOS DE EXTRUSÃO

EXTRUSORAS

Cilindro de uma ou duas roscas que força a resina através de

uma matriz cuja fenda irá dar o formato do objeto extrudado

A resina, alimentada continuamente é aquecida ao longo do

cilindro

T e velocidade de rotação – dependem do material

Matriz plana – dá formato à peça

– Fenda horizontal – filmes e chapas

– Fenda circular – tubos

MÁQUINAS INJETORAS POR MOLDAGEM

Funil de

alimentação

Parafuso

Alimentação

do molde

Aquecedores Cartuchos

aquecedores Isolante

térmico

EXTRUSÃO DE FILMES E CHAPAS COM

MATRIZ PLANA

MATRIZ

Filmes e chapas produzidas por matriz plana apresentam

melhor qualidade visual e uniformidade de espessura

PROCESSO DE EXTRUSÃO E SOPRO

Produzidos em matrizes circulares

Sopro obtido pela injeção de ar no tubo, formando-se o

balão de forma ascendente para produção de filmes de

PE e descendente para filmes de PP

Filmes com melhores propriedades mecânicas –

orientação molecular na direção da fabricação e na

direção transversal nos filmes biorientados

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EXTRUSÃO E SOPRO DE FILMES PROCESSO DE EXTRUSÃO E CALANDRAGEM

Para compostos de PVC

Melhor controle de espessura e transparência do material

PROCESSO DE EXTRUSÃO E SOPRO

Específico para produção de garrafas, frascos e potes

Resina fundida passa pela extrusora dando origem ao

parison que é soprado em um molde

Processo bastante utilizado

Produção rápida e contínua de peças

PROCESSO DE EXTRUSÃO E SOPRO

PRODUÇÃO DE GARRAFAS POR

EXTRUSÃO-ESTIRAMENTO-SOPRO

1- parison no primeiro molde

2 - sopro inicial da pré-forma

3 - pré-forma no molde de biorientação

4 - estiramento

5 - sopro final

6 - abertura do molde contendo a garrafa

PROCESSOS DE INJEÇÃO

Parte-se de uma pré-forma moldas por injeção

Gargalo pré-formado

A pré-forma é conduzida a um molde com características

específicas da embalagem a se soprada

Embalagens apresentam melhor uniformidade, acabamento,

brilho e propriedades mecânicas

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PROCESSO INJEÇÃO-SOPRO

Utilizado para embalagens de pequeno volume

PROCESSO INJEÇÃO-ESTIRAMENTO-SOPRO

1. Pré-forma

2. Aquecimento da pré-forma

3. Transferência da pré-forma aquecida

para o molde

4. Estiramento da pré-forma

5. Sopro da pré-forma

6. Abertura do molde para retirada da

garrafa

TRANSFORMAÇÃO POR PRENSAGEM

Produção de tampas plásticas

PROCESSO POR TERMOFORMAÇÃO

Produção de copos, potes, bandejas

Termoformação de chapas aquecidas sobre molde pela ação

de pressão, vácuo ou mecânica

Chapas ou lâminas termoplásticas – processos de extrusão

em matriz plana ou por calandragem

http://www.embalagemmarca.com.br/2011/10/revista-virtual-outubro-de-2011/ http://www.saudecyclus.com.br/site/produtos/embalagem-biodegradavel.aspx