Curso Envases y Embalajes - III

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

CURSO: ENVASES Y EMBALAJES

OSCAR ALBERTO CORNEJO SÁNCHEZ-2013

MATERIALES PARA ENVASE Y EMBALAJE

Vidrio • Generalidades Líquido sub-enfriado o rígido por su alta viscosidad para fines prácticos.

Su uso como envase para alimentos se remonta como mínimo a dos milenios. El vidrio para envase comprende botellas, frascos, jarros, tarros y vasos. Los sectores de aplicación son diversos y abarcan una amplia gama de productos comestibles: líquidos, conservas, etc

• Materias primas -Sílice (Si02), extraído de la arena, que es la materia vitrificadora. - Óxido de sodio (Na20), extraído del carbonato de sodio, que actúa como el agente fundente, con una parte muy pequeña de sulfato de sodio como afinante. - Óxidos de calcio, magnesio y aluminio (CaO +MgO + Al203), aportados respectivamente por la roca calcárea, la dolomita y la nefelina, que actúan como agentes estabilizantes.

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL VIDRIO MEZCLADOR

ETAPA DE CALENTAMIENTO

ETAPA DE ENFRIAMIENTO MUY LENTO

vidrio líquido estaño derretido

horno con cámara alimentado con petróleo

tina de flotación

zona de enfriamiento

rodillos

- Decolorantes (cobalto y selenio en cantidades muy reducidas) para los vidrios blancos utilizados envasos, jarras y botes industriales. - Colorantes (óxidos de hierro, cromo, manganeso, cobalto, etc.) destinados a obtener los colores deseados. - Oxidantes o reductores (sulfatos, carbón, azufre) para obtener en especial los matices y las propiedadesfiltrantes que se procuran.

Esquema de fabricación del vidrio

- CLASIFICACIÓN DE ENVASES DE VIDRIO: a) ENVASES DE PRIMERA ELABORACIÓN • BOTELLAS O CARRAFAS : en vases de boca angosta, y capacidad de entre 100 y 1500 mL. • BOTELLONES : de 1.5 a 20 litros o más. • FRASCOS: de pocos mL a 100 mL, pueden ser de boca angosta o boca ancha. • TARROS: capacidad hasta un litro o más; tienen el diámetro de la boca igual al de! cuerpo. Si la altura es menor que el diámetro se llaman potes. • VASOS: recipientes de forma cónica truncada e invertida. B b)ENVASES DE SECUNDA ELABORACIÓN • AMPOLLETAS: de 1 a 50 mL para humanos, y hasta 200 mL para uso veterinario. La punta se sella por calor. • FRASCOS Y FRASCOS-AMPOLLAS. viales generalmente para productos sólidos, de 1 a 100 mL.

Soplado

• Caracteristicas a) Es impermeable a los gases, los vapores y los líquidos y excepcional como material de protección y barrera. b) Es químicamente inerte respecto de los líquidos y los productos alimenticios y no plantea problemas de compatibilidad. c) Es un material higiénico, fácil de lavar y esterilizar. es inodoro, no transmite los gustos ni los altera. d) Normalmente transparente, permite controlar visualmente el producto y hacerlo visible para el consumidor.

e) Puede colorearse, lo que constituye una protección contra los rayos ultravioleta que podrían deteriorar el producto que contiene el envase. f) Es un material rígido que puede adoptar formas variadas para resaltar los productos. g) Resiste las elevadas presiones internas que le hacen sufrir ciertos líquidos: Cerveza, sidra, bebidas gaseosas, etc. (hasta 100 kg/cm2 ) h) Tiene una resistencia mecánica suficiente para soportar los golpes en las cadenas de empacado que trabajan a ritmos elevados, así como importantes apilamientos verticales durante el almacenamiento.

El vidrio es un material sano y completamente puro

i) Es un material económico que se produce en grandes cantidades y cuyo perfeccionamiento no cesa, en especial por la reducción de su peso, conservando una resistencia mecánica igual, e incluso superior. j) Es un material clásico, conocido desde hace mucho tiempo, cuyos problemas de acondicionamiento (cierre, etiquetado, etc.) están perfectamente estudiados y resueltos. k) Puede utilizarse para el recalentamiento de productos alimenticios en hornos clásicos o de microondas. l) Es un material indefinidamente reciclable y frecuentemente reutilizable.

• Como características negativas – Fragilidad (vulnerable a impactos, especialmente durante la operación de llenado, – Peso (que incide negativamente en el proceso de distribución, ya que una botella de vidrio pesa casi 10 veces más que una de plástico) – Coste (consume mucha energía, al necesitar mantener encendidos permanentemente los hornos; respecto a otros materiales resulta más costoso).

DEFECTOS

AFECTAN

- Recocido deficiente - Choque térmico - Mala distribución del vidrio - Corona inclinada - Fuera de dimensiones

MaquinabÜidad

-Oclusiones o incrustaciones (trozos de vidrio, piedras o puntos negros) - Pliegues - Rebabas - Arrugas

Apariencia

- Puntos negros que colorean o afectan el sabor del producto -Problemas de acabados, como corona mal formada, que permite el intercambio de gases

Reacción de¡ producto

• Propiedades a) Resistencia mecánica del vidrio: Su tensión teórica de ruptura es de alrededor de 14.000 MN (meganewtons)/m2, lo que lo convierte en uno de los materiales más resistentes que existen. Esta elevada resistencia corresponde a una gran rigidez de la red vítrea. Las cualidades mecánicas del vidrio se deterioran con rapidez en función de la densidad ( 1.7 a 3.1 gr/cm3) y la gravedad de los defectos de superficie generados en el molde de fabricación

RED AMORFA

RED CRISTALINA

CELDA UNITARIA

RED CRITALINA

POSICIONES ATÓMICAS

POSICIOBES RÍGIDAS

• Propiedades térmicas: El espesor de la pared es un factor decisivo para la resistencia a las alteraciones térmicas, los recipientes pequeños resisten mejor que los grandes. Si la alteración térmica se traduce en un rápido calentamiento externo, los esfuerzos de tensión se manifiestan en la superficie interna del artículo y los de compresión en el exterior, lo que disminuye el peligro de ruptura

ENVASES PARA VINOS Y LICORES

• Propiedades ópticas: Los vidrios llamados “blancos” están constituidos únicamente de sílice y transmiten casi toda la luz del espectro visible. Impurezas que contienen las materias primas, como el hierro o el cromo, producen la decoloración del vidrio • Transmisión de rayos ultravioleta: El vidrio tiene gran poder filtrante, dada la elaboración del vidrio, en condiciones de alta reducción, o a la inversa, en condiciones de alta oxidación.

• Transmisión de rayos infrarrojos: Los vidrios presentan una banda de absorción importante asociada con la presencia del hierro. Esa banda desempeña una importante función en cuanto modifica las propiedades de absorción y emisión de radiaciones térmicas.

– Inercia química: El vidrio posee una gran estabilidad química en presencia de cualquier líquido normal o comestible y que pueda considerarse una sustancia inerte.

Principales líneas y productos

Envases para Licores y vinos

Envases cosméticos

Alimentos boca ancha

Alimentos boca angosta

Bebidas no retornables

El espesor debe estar uniformemente distribuido, con suaves transiciones entre paredes, fondo, hombros y cuello. Actualmente los valores que se aceptan en máquinas modernas son de 3 a 5 mm para envases retornables y 2.2 a 2.5 mm. para no retornables.

Bebidas retornables

Farmacéuticos

ENVASES FARMACEUTICOS

El vidrio ámbar protege el contenido en un rango de longitud de onda de 2900 a 4500 milimicrones o Amgstroms; el color humo filtra los rayos ultravioleta, y el color esmeralda es efectivo para el ultravioleta visible.

TIPOS DE BOCAS O CORONAS

El cuadro muestra, en una escala comparativa del 1 al 10, la resistencia mecánica y presión interna que presentan diversas formas de envase.

No existe ningún impedimento para tener cualquier tipo de cierre, ya que el vidrio brinda un cierre hermético que se puede abrir y volver a cerrar.

PARTES GENERALES DE UN ENVASE DE VIDRIO

PAPEL Y CARTÓN • EL PAPEL-GENERALIDADES

El papel es un conglomerado de fibras de celulosa dispuestas irregularmente, pero fuertemente adheridas entre sí, en una supeficie plana. El papel se elabora a partir de celulosa vegetal, la cual puede provenir de la madera, el algodón, el lino, la caña de azúcar, la paja, el bambú, la alfalfa, el ramio y el moral de papel, de todos los cuales la madera es la fuente de obtención más común.

celobiosa

• La parte maderera del árbol consiste en un 50% de fibras de celulosa, 30% de lignina, 16% de carbohidratos y un 4% de otros materiales como proteínas, resinas y grasas, siendo de todas ellas la celulosa la que se convierte en papel. El tamaño de las fibras y el ángulo de las cadenas de celulosa determinan la maquinabilidad y la resistencia del papel. Las fibras, las que provienen de maderas suaves tienen aproximadamente 4 mm de largo, mientras que en las maderas duras, miden 1 mm.

Dos hombres asierran un grueso árbol en troncos.

• a mayor ángulo (capas exteriores) menor resistencia y viceversa. OBTENCIÓN DE LA PULPA a) Proceso mecánico: La madera es procesada a través de una piedra de molino hasta hacerse polvo, La pulpa obtenida por este método conserva todos los componentes de la madera, por lo que es la más económica. Útil en papeles que no requieren brillantez ni resistencia como el papel periódico y papel manila.

En la fábrica de papel primero se astillan los troncos y luego se mezclan con químicos para hacer la pulpa, la que después se lleva a una máquina elaboradora de papel. El exceso de agua se drena y el papel húmedo es prensado, secado y posteriormente laminado para alisar su superficie

b) Proceso químico: b.1) Proceso a la sosa: tratada con sosa cáustica y carbonato de sodio. b.2) Proceso al sulfato o Proceso Kraft: se les adicionan sulfatos. La pulpa obtenida por este método es más resistente que la anterior, de ahí que al papel fabricado con ella se le llame kraft, es decir, resistente en alemán. b.3) Proceso al sulfito:

Obtención de Celulosa (proceso químico)

• usa ácido sulfuroso y piedra caliza. La pulpa es menos resistente que la obtenida por el proceso kraft y el papel fabricado con ella se deteriora al paso del tiempo. c) Proceso semiquímico: para maderas duras a las que se les agrega sosa cáustica o sulfito de sodio para suavizarlas. El papel obtenido por este método tiene buena resistencia y rigidez por lo que se utiliza en el médium de los corrugados.

lavado y blanqueado pulpa de madera batidora para fibra de madera

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL PAPEL

el digestor transforma astillas en pulpa Cilindros de presión

Se agrega agua

Pesados rodillos dan acabado liso (calandrado

cinta de malla metálica

cilindros calientes seca bobina de papel

• ADITIVOS QUÍMICOS El encolado es necesario para asegurar la impermeabilidad del papel, por lo que a la pasta se le agregan substancias que reducen la absorción de líquidos. Los papeles encolados son utilizados en envolturas, bolsas, envases de alimentos, cartones para cajas, cartón corrugado y cartón sólido.

• Muchos papeles usados en envases necesitan ser impermeabilizados, para lo cual se les trata de tal manera que sean impenetrables ante el agua, ante las grasas y ante el aire. • Para esto se les trata con mezclas de parafina, ceras microcristalinas, almidones, otras sustancias similares a la cera, materias plásticas o de aluminio.

• Para aumentar la densidad del papel, para hacerlo más blanco, opaco, para tapar los intersticios, etc. Se le agregan cargas como, el caolín, el talco, la tiza, la barita y el carbonato de calcio.

PROPIEDADES QUE DEBE TENER EL PAPEL PARA ENVASE

a) RESISTENCIA A LA ROTURA POR TRACCIÓN, ALARGAMIENTO, AL REVENTAMIENTO Y AL PLEGADO.

b) RESISTENCIA A LA FRICCIÓN: la resistencia a

la fricción estática y quinética para evitar el movimiento de las capas de papel en un envase se logra tratando las superficies con un agente antideslizante como la sílica coloidal. c) GRADO DE SATINADO: es aquel que influye de ta manera en el resultado de la impresión

c) RESISTENCIA AL AGUA: Es esencial en los papeles para envase. e) PROPIEDADES ÓPTICAS: En especial la opacidad, el brillo y la blancura. Por esta razón se matiza con tintes azules la mayoría de papeles blancos para tratar de superar la tonalidad amarillenta y hacerlos aparecer más blancos a la vista. h) RESISTENCIA A LA LUZ : se refiere a la resistencia a la decoloración o amarillento del papel al exponerlo a la luz.

i) BARRERA A LÍQUIDOS O VAPORES: para proveer esta barrera, el.papel o el cartón deben ser combinados con materiales que ofrezcan protección tales como las ceras, las películas plásticas y el foil de aluminio en forma de recubrimiento. j) PH: . los papeles de PH bajo (por debajo de 7), son ácidos, se autodestruyen. Los papeles de PH 7 o neutrales, tienen mejores oportunidades de vida. Los papeles alcalinos (de PH 7 a 8.5 aproximadamente) tienen el mayor potencial de larga vida. Es un punto a tomar muy en cuenta para definir la vida útil de nuestro envase.

• PAPEL UTILIZADOS PARA ENVASE

-PAPEL KRAFT: Es muy resistente, por lo que se utiliza para la elaboración de papel tissue, papel para bolsas, sacos multicapas y papel para envolturas; asimismo, es base de laminaciones con aluminio, plástico y otros materiales. Puede ser blanqueado, semi-blanqueado, coloreado o utilizado sin blanquear.

-PAPEL PERGAMINO VEGETAL: posee propiedades de resistencia a la humedad así como a las grasas y a los aceites. Es utilizado para envolver mantequilla, margarina, carnes, quesos, etcétera. Así como para envasar aves y pescado. También se utiliza para envolver plata y metales pulidos. -PAPEL RESISTENTE A GRASAS Y PAPEL CLASSINE: son muy densos y tienen un alto

grado de resistencia al paso de las grasas y los aceites. En la industria alimenticia se utilizan con frecuencia.

-PAPELES TISSUE: elaborados a partir de

pulpas mecánicas o químicas, se utiliza para proteger algunos productos eléctricos, envases de vidrio, herramientas, utensilios, zapatos y bolsas de mano. -PAPELES ENCERADOS: buena protección a los líquidos y vapores. Se utilizan mucho para envases de alimentos, especialmente repostería y cereales secos, también para la industria de los congelados y para varios tipos de envase industrial.

BOLSA Y SACO

Contenedores no rígidos, manufacturados de papel o de su combinación con otros materiales flexibles. Las bolsas contienen menos de 11.5 kg, mientras que los sacos contienen un peso superior. SACO DE PAPEL MULTICAPAS

Manufacturado con 3 a 6 capas de papel kraft, usualmente de 70, 80 o 100 gr/m2. Es de uso rudo.

TIPOS DE SACOS DE PAPEL

CARTÓN • El cartón es una variante del papel, se compone de varias capas de éste, las cuales, superpuestas y combinadas le dan su rigidez característica. Se considera papel hasta 65 gr/m2; mayor de 65 gr/m-, se considera como cartón.

•

CONSIDERACIONES EN UN CARTÓN PARA ENVASE PLEGADIZO

a) CALIBRE: Éste se determina en puntos (1 punto equivale a 0.001 pulgadas) según el peso del producto a envasar. b) HILO: En una caja, la resistencia

estará determinada en gran medida por la dirección del hilo del cartón. c) EFECTOS DE LA HUMEDAD EN LA RIGIDEZ DEL CARTÓN :El cartón, en

presencia de humedad tiende a cambiar sus propiedades mecánicas, principalmente la rigidez.

CARTÓN CORRUGADO El cartón corrugado contiene dos elementos estructurales: el liner y el material de flauta, también llamado médium con el cual se forma propiamente el corrugado. Tipos de cartón corrugado

CARTON CORRUGADO

a) Cartón corrugado cara simple o sencilla: Está compuesto por un papel “liner” adherido a la flauta. Este material se utiliza únicamente para embalar ciertos objetos o en materiales separadores. No se utiliza para la fabricación de cajas. b) Cartón corrugado doble cara o pared sencilla: – Presenta como caras exteriores dos papeles “liner” que encierran la flauta. Más del 90% de las cajas de cartón corrugado se fabrican en esta forma.

c) Cartón corrugado de cara doble – doble: Presenta dos caras exteriores con papales “liner” entre los que hay dos ondulaciones separadas por un tercer “liner”,lo que hace un total de cinco papeles. Este tipo de cartón se utiliza para embalajes de gran resistencia en particular los de exportación. d) Cartón corrugado de triple: Este tipo de cartón está compuesto por siete papeles, entre ellos ondulaciones. Son pocos los fabricantes que lo elaboran. Se destina a aplicaciones muy especiales como productos básicos, granos a granel, etc.

DIAGRAMA DE CÓMO SE FABRICA EL CARTÓM CORRUGADO

DIAGRAMA DE CÓMO SE FABRICA EL CARTÓN CORRUGADO

TIPOS DE CARTÓN CORRUGADO

Tipos de flauta u onda

TIPOS DE FLAUTAS

• La flauta más corriente es la de tipo “C”, que ha reemplazado en gran medida al tipo “A” porque requiere menor cantidad de papel (aproximadamente un 15% menos). -La flauta tipo “A” da una resistencia superior a la comprensión vertical, la tipo “C” es inferior en un 15% aproximadamente, y la tipo “B” es inferior en un 25%. -La flauta tipo “B” presenta mayor resistencia a la compresión plana (un 50% mayor que la flauta tipo “A”y un 25% mayor que la flauta “C”).

ENVASES DE CARTON

PLASTICOS • Los plásticos son sustancias que contienen como ingrediente esencial una macromolécula orgánica llamada polímero. Estos polímeros son grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico llamado polimerización.

ACIDO POLILÁCTICO

• El término plástico en su significación más general, se aplica a las sustancias de distintas estructuras y naturalezas que carecen de un punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones. • En el sentido restringido, denota ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o multiplicación artificial de los átomos de carbono en largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales.

Máquina de extrusión

Clasificación de los plásticos a) Según el monómero base: En esta clasificación se considera el origen del monómero del cual parte la producción del polímetro. a.1) Naturales: Son los polímeros cuyos monómeros son derivados de productos de origen natural con ciertas características como, por ejemplo, la celulosa, la caseína y el caucho, hule, brea.

IMAGEN DE UN POLÍMERO PLASTICO

a.2) Sintéticos: Son aquellos que tiene origen en productos elaborados por el hombre principalmente derivados del petróleo y del gas natural y que son producidos en procesos del campo, usualmente conocidos como petroquímica. Ej. El nylon el polietileno, etc. El primer plástico moldeable disponible fue el celuloide, formado por nitrato de celulosa y alcanfor.

b) Según su comportamiento frente al calor b-1) Termoplásticos: es un plástico el cual, a temperatura ambiente es plástico deformable, se derrite a un líquido cuando es calentado y se endurece en un estado vítreo cuando es suficientemente enfriado. Son polímeros de alto peso molecular, los que poseen cadenas asociadas por medio de débiles fuerzas (polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno; o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno).

PRIPLASTIC - TERMOPLASTICO

• Sus propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias veces. Los principales son: o Resinas celulósicas: Obtenidas a partir de la celulosa, el material constituyente de la parte leñosa de las plantas. Ej. El rayón. o Polietilenos y derivados: Emplean como materia prima al etileno obtenido del craqueo del petróleo que, tratado posteriormente, permite obtener diferentes monómeros como acetato de vinilo, alcohol vinílico, cloruro de vinilo, etc.(PVC, el poliestireno, el metacrilato, etc.)

Formación de botellas de plástico por extrusión y soplado en un molde

o Derivados de las proteínas: Pertenecen a este grupo el nylon y el perlón, obtenidos a partir de las diamidas. o Derivados del caucho: Son ejemplo de este grupo los llamados comercialmente pliofilmes, clorhidratos de caucho obtenidos adicionando ácido clorhídrico a los polímeros de caucho. b.2) Termoestables Aquellos plásticos en los que durante su proceso de moldeo o calentamiento ocurre una reacción química de polimerización, de tal manera que al terminar este proceso, estos materiales ya no son susceptibles de una nueva fusión.

PLÁSTICO TERMOESTABLES

Generalmente para su obtención se parte de un aldehído. o Polímeros de fenol: Son plásticos duros, insolubles e infusibles, pero si durante su fabricación se emplea un exceso de fenol se obtiene termoplásticos. o Resinas epoxi. o Resinas melamínicas. o Baquelita. o Aminoplásticos: Polímeros de urea y derivados. pertenece a este grupo la melamina. o Poliésteres: Resinas procedentes de la esterificación de polialcoholes, que suelen emplearse en barnices. Si el ácido no está en exceso, se obtienen termoplásticos.

Inyección y soplado en un molde para la formación de botellas de plástico, con un buen acabado del cuello.

c) Elastómeros Los hules sintéticos o elastómeros después de haber sido deformados por la aplicación temporal de una fuerza regresan rápidamente a sus dimensiones iniciales. Los elastómeros se forman sin la adición de diluyentes ni plastificantes y, dependiendo de su naturaleza química, pueden ser termofijos o termoplásticos. Ej, de elastómeros son: poliuretanos nítricos, silicones y butadieno-estírenos.

ELASTÓMEROS TERMOESTABLES

Principales materiales plásticos para envase y embalaje

• POLIETILENO (PE) es el plástico más importante usado en envases y embalajes. Se clasifica en tres grupos principales: A) PEBD (polietileno de baja densidad): 0,910 a 0,925 g/cm3. Más utilizado en el envasado, en forma de películas, sobre todo para la producción de bolsas. El PEBD admite fácilmente el termosellado. La gama de los PEBD está formada por diversos materiales que contienen agentes resbalantes o antiresbalantes,

Inyección y soplado con estiramiento de una forma intermedio

POLÍMEROS DE ADICIÓN

POLÍMEROS DE CONDENSACION

POLIETILENO (PE)

Material para envasado resistente y flexible con usos múltiples. B) PEMD (polietileno de densidad media): 0,926 a 0,940 g/cm3. Utilizado en aplicaciones que requieren mayor rigidez o un punto mayor de ablandamiento. Sin embargo, el PEMD es algo más caro que el PEBD. B) PEAD (polietileno de alta densidad): 0,941 a 0,965 g/cm3.

ESTRUCTURA DE DIFERENTES POLÍMEROS

• Es un material más rígido que los dos anteriores. Puede someterse a temperaturas que alcanzan los 120 ºC, lo que permite utilizarlo como embalaje esterilizable por vapor. Sirve para la fabricación de sacos tejidos. Sin embargo, para ésta última aplicación, es más común el polipropileno. • Buena protección contra la humedad y el agua (dependiendo de la densidad utilizada). El PE es fácil de sellar en caliente y conserva su flexibilidad a temperaturas muy bajas. Puede emplearse en congelación profunda, a -50 ºC.

ESTRUCTURA DE DIFERENTES POLÍMEROS

El PE, especialmente el PEBD, es muy permeable al oxígeno y presente baja resistencia a las grasas. Si este material está mal convertido libera un olor desagradable cuando la temperatura de extrusión es muy alta. El PEBD es difícil de manejar en la maquinaria de envasado, sobre todo a su baja rigidez.

Moldeado por inyección

PROPIEDADES DEL POLIETILENO

• POLIPROPILENO Plástico olefínico más rígido que el PE, ofrece mayor resistencia a la ruptura, más transparente y menos permeable que el PE. Su ablandamiento alcanza la temperatura de 150ºC, por lo que permite utilizaciones farmacéuticas que requieren la esterilización en autoclave. Se utiliza para el envase de bocadillos que pueden calentarse o incluso hervirse, dentro del mismo.

Fabricación de sacos polipropileno

• Sustituye al celofán, por ej., en el envase de paquetes de cigarros. Sin embargo, el PP puede romperse a temperaturas muy bajas. Es muy transparente e impermeable a la humedad y a la mayoría de los aromas. Sin embargo, es difícil de termosellar a menos que esté coextruido con PE. La aplicación más común del PP es en sacos y costales tejidos (tipo rafia).

Envases cosecheros

Envases de plástico – PP

Kartonplast-celuplast

• POLIESTIRENO (PS) Producido por polimerización del estireno. Muy permeable al vapor de agua y a los gases, baja resistencia al impacto. Usado en charolas y potes, para legumbres y carnes frescas, yogur y otros productos lácteos. útil como película para envolver frutas y legumbres como los tomates y las lechugas. El vapor caliente causa que el pentano presente en el material se expanda y forme una estructura celular.

POLIESTIRENO PS

• sirve como material de relleno en el interior de embalajes que contienen objetivos delicados, charola para fruta, carne fresca, pescado húmedo, pasteles, galletas, huevos, etc.

• POLIESTERES (PET) Plásticos de ésteres lineales, se fabrican por condensación, igual que las poliamidas.

POLIESTIRENO (PS)

• El poliéster tiene gran resistencia mecánica y soporta temperaturas que puedan alcanzar los 300 ºC. La película de poliéster es una buena barrera contra el vapor de agua y es resistente a los solventes orgánicos, pero es difícil de sellar, por lo que a menudo es coextruido laminado con polietileno. En combinación con aluminio y PE, ofrece un excelente material para el envasado al vacío de café o de productos cárnicos, etc. A veces se utiliza para productos que pueden hervirse con su envase (bolsa), sobre todo por su resistencia a las altas temperaturas.

Preformas y botellas PET

Unas de las aplicaciones más recientes del poliéster es en forma de poli tereftalato de etileno (PET), destinado a botellas de bebidas carbonadas. El PET se obtiene por la reacción del ácido tereftálico ó el dimetiltereftalato con el etilenglicol. El PET tiene la misma transparencia y brillo del vidrio, es resistente a los aceites y las grasas, baja permeabilidad a los gases, buena resistencia a los impactos y a la presión interna, e inercia total al contacto con la mayoría de los comestibles.

Se utiliza para botellas de bebidas carbonatadas, aceites, vinagres y charolas para comidas pre cocinadas. Cuando se combina con capas de otros materiales barrera es utilizado para cerveza y bebidas vitaminadas. El CPET (PET cristalizado) es resistente a la abrasión y a los impactos, puede soportar temperaturas comprendidas entre -25º C y +220ºC.

El APET ( PET amorfo) es muy rígido, resiste a la abrasión, los impactos, la intemperie, el rasgado y las repetidas flexiones. Es un material recomendado para cartón plástico (cajas plegables), charolas transparentes, tapas embisagradas, envases tipo ampolla, cajas-charola para exhibir pastillas y galletas, etc.

Bandeja Thermipack para comidas «listas para cocinar>. Es una bandeja de doble fondo. Entre ambos fondos hay una almohadilla humedecida. La bandeja está envuelta por una película retráctil, que permite visualizar el producto

Bandeja CRYIOVAC BDF para comidas «listas para calentar». Son bandejas flexibles, con una vida útil de 5 a 15 días. Se pueden calentar en hornos convencionales o en microondas

• POLIAMIDA (PA) El nylon es una versión registrada, tiene una excelente resistencia mecánica y al calor. • Su punto de fusión que pueden alcanzar los 250º C., se utiliza en algunos envases multicapa, especialmente en aquellos para envasado al vacío, para cortes de carnes frescas o quesos, en máquinas de termoformado, artículos esterilizados para los hospitales, con diferentes películas de PE.

POLICLORURO DE VINILO(PVC) El PVC rígido, es impermeable al vapor del agua y a los gases, es resistente a las grasas. Se utiliza para envases termo formados para mantequilla y margarina. Su transparencia le permite ser usado en la fabricación de botellas para agua mineral o aceites de mesa y jugos de fruta, así como contenedores para cosméticos.

ENVASES DE PVC

El PVC plastificado se utiliza para el empacado de carnes y pescados en buen estado, frutas, legumbres y otros productos frescos. Igualmente puede utilizarse para el flejado de cargas paletizadas. También existen otras películas de PVC plastificado que sirven para el empacado de discos. El PVC presenta una baja estabilidad térmica.

• POLIClORURO DE VINILIDENO (PVDC) Conocido como Sarán, tiene excelentes propiedades de barrera a gases, vapor de agua, oxígeno y anhídrido carbónico. Utilizado en laminados con papel y cartón. Es la mejor entre todas las películas plásticas que actualmente existen en el mercado, el PVDC es un material de amplia utilización para productos que requieren una fuerte protección, en especial los productos que son perjudicados por la humedad. Forma laminados como el complejo PE/PVDC/PE.

• CELULOSA REGENERADA (CELOFAN) Producida a partir de una pulpa química muy pura, de origen vegetal. El tipo más utilizado es la clase MSAT resistente al vapor de agua, termosellable, transparente y permite la aplicación de tintas. Puede recubrirse de nitrocelulosa o de PVDC, que le dan buena resistencia al vapor de agua y facilidad para el sellado, además de sus cualidades de protección contra los gases y los olores.

CELULOSA PARA ENVASES

Pero en el sellado puede perder adherencia con la laca de PVDC. Se puede utilizar laminados de celofán-ceracelofán, o de celofán-pegamentos-celofán.

ACETATO DE CELULOSA (AC) Debido a su brillo y transparencia, se usa para poner ventanas en los envases opacos, así como en cajas para regalo.

útil en los envases termo formados o envases-ampolla (“blister”).

a) BUBLE o ampolla

b) BLISTER

c) SICK-PACK

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS PLASTICOS • Resistencia a la tensión La tensión expresa la fuerza necesaria para la ruptura de un material al estirar una sección transversal dada del mismo. Las películas de poliéster o PPO tienen una resistencia a la tensión muy elevada, que normalmente excede los 400 kp/cm2, el celofán puede alcanzar valores demás de 600 kp/cm2, mientras que el PEBD ofrece una resistencia que oscila entre 100 kp/cm2 y 200 kp/cm2.

• Resistencia al rasgado Factor importante, que determina directamente la utilización final de numerosas películas para envase y embalaje. Ésta indica la facilidad de manejo de las películas en operaciones automáticas de máquina.

• Resistencia al impacto El método de medición consiste en dejar caer un peso de una altura determinada sobre la película plástica y registrar la fuerza relativa necesaria para atravesar o rasgar el material.

• Rigidez Máxima resistencia a la compresión con un espesor mínimo de sus paredes. La rigidez se determina aplicando un peso a la película estirada y midiendo la tasa de deformación.

• Estabilidad térmica El punto de ablandamiento, el cual corresponde a la temperatura a la que la estructura rígida de los termoplásticos empieza a romperse.

Se determina por una pequeña pieza de prueba, sometida a un calentamiento controlado, seguido por la medición de la temperatura a la cual, una aguja de un determinado peso, penetra en dicha pieza a la profundidad de un milímetro.

• Índice de fusión (Índice de fluidez) Expresa la cantidad (en gramos) de plástico que pasa por el orificio, en un período de diez minutos.

• Resistencia al termosellado Es la medida de la fuerza necesaria para separar dos superficies de plástico termo sellado.

• Quebradizo de los plásticos La estabilidad física implica que la película conserva sus propiedades cuando es expuesta a cambios ambientales.

• Resistencia a la humedad Protección contra la humedad del aire, mientras que otros requieren envases y embalajes que impidan la evaporación de la humedad que contienen. L a prueba consiste en extender un trozo de plástico sobre un recipiente que contiene agua, y colocarlo en una cámara con un agente deshidrante, que absorba el agua transmitida a través de la película plástica.

El índice de permeabilidad al vapor de agua o de permeabilidad a la humedad se expresa en gramos de agua por metro cuadrado de película en 24 horas.

• Barrera contra gases El índice de transmisión de gases específicos como el nitrógeno, el anhídrido carbónico o el oxígeno a través de un plástico debe medirse para determinar las propiedades de barrera contra gases.

El café, por ejemplo, libera dióxido de carbono, que el envase debe dejar salir para evitar que se hinche, como consecuencia de la presión interna. Por otra parte, ese mismo envase debe prevenir cualquier influencia del oxígeno ya que podría deteriorar el producto. Sin embargo para el envasado de carnes frescas que exigen la presencia de oxígeno para conservar su color rojo brillante.

• En el procedimiento de medición de la permeabilidad a los gases se trata de determinar la cantidad de un gas determinado que se transmite a través del material durante cierto período. Los valores así obtenidos se expresan en centímetros cúbicos de gas por metro cuadrado en 24 horas.

• Elongación Es la cantidad que puede estirarse de un material plástico sin que se fracture. • El alargamiento se expresa en porcentaje de la longitud original del material. El PP y el PVC registran valores muy elevados, que pueda alcanzar 450% y más, mientras que el poliéster y el PS acusan valores muy bajos. Útil en bolsas y sacos de gran contenido.

• Dureza La dureza del material plástico se mide por la profundidad de la marca que se forma en el material, al utilizar el aparato de pruebas de Rockwell. Cuanto mayor es el valor de Rockwell, más duro es el material ensayado.

• Elasticidad Esta propiedad expresa la facultad de un material de recuperar su forma original, después de haberse sometido a un esfuerzo.

Para el cono de diamante: Dureza Rocwell = 100 - h / 0,002 Para el cono de acero: Dureza Rocwell = 130 - h / 0,002

Las cargas a aplicar pueden ser: [kgf]

carga previa P

10

0

carga principal P total P

f

INDENTADOR

[kgf]

50

90

[kgf]

60

100

1

140carga 150

Esto se llama “memoria plástica”.

• Estabilidad dimensional Bajo el efecto de la humedad, los envases y embalajes de material plástico pueden alagarse, retraerse o no reaccionar en forma alguna, dependiendo de su estabilidad dimensional.

• Deslizamiento El deslizamiento de la película plástica es el frotamiento que resulta de su contacto con la superficie de otro plástico.

Puede medirse por la utilización de un plano inclinado y se determina la resistencia al deslizamiento. Existen tres categoría: • Deslizamiento elevado (coeficiente de fricción: 0,1 a 0,3). • Deslizamiento medio (coeficiente de fricción: 0,3 a 0,5). • Deslizamiento bajo (coeficiente de fricción: superiora 0,5).

• Permeabilidad al aceite y la grasa Cuando el producto envasado contiene materias grasas. Se determina colocando una delgada capa de arena mezclada con determinada cantidad de aceite o trementina en la superficie de la película colocada sobre un papel absorbente. Se calcula el tiempo necesario para que el aceite atraviese la película y se manifieste en el papel.

• Opacidad y brillo de la superficie Se determina midiendo la cantidad de luz que difunde o atraviesa la película. El brillo, se mide por la cantidad de luz reflejada por la muestra. Se proyecta un rayo de luz sobre la superficie de la película con un ángulo fijo y se calcula la cantidad de luz reflejada mediante un medidor de intensidad luminosa. •

Inflamabilidad (facilidad de ignición)

Algunas películas arden con facilidad, como el celofán. Otras, como los ionómeros, arden lentamente, pero se funden mientras arden y forman gotas flameantes. El PVDC se apaga por sí solo; y el PVC rígido, en cambio, es muy difícil de encender.

LAMINACIONES Comprende la combinación de dos o más películas, papeles o foils procedentes de dos bobinas con adhesivos. De esta manera se obtiene una sola lámina con varios estratos. a) Laminación por extrusión: Unión de dos o más estratos de material, por medio de una capa de plástico fundido a 310 ºC.

COMPOSICIÓN DE UNA ESTRUCTURA LAMINADA POR EXTRUSIÓN

Proceso de laminación por extrusión

b) Laminación por adhesion: Se realiza por medio de adhesivos.

COMPOSICIÓN DE UNA ESTRUCTURA LAMINADA POR ADHESIVÓS

Aplicación por extrusión de un revestimiento sobre una película plástica

Proceso defabricación de aluminio

Proceso de metalización de una película plástica

Desde dentro hacia fuera, las capas son las siguientes: •Primera capa: Polietileno, previene el contacto del producto envasado con las otras capas del material de envase. •Segunda capa: Polietileno, que optimiza la adhesión del aluminio. •Tercera capa: Aluminio, que actúa como barrera contra la luz, el oxígeno y olores externos. •Cuarta capa: Polietileno, que permite la adhesión entre el cartón y la capa de aluminio. •Quinta capa: Cartón, que le da forma, estabilidad y rigidez al envase y es además donde va impreso el diseño de éste. •Sexta capa: Polietileno, que impermeabiliza el envase. Lo protege de la humedad atmosférica externa.

ENVASE COMPUESTO (TETRA PAK®) El prefijo tetra, proviene del griego, y significa cuatro, un tetraedro es una figura con cuatro caras triangulares, una de las cuales sirve como base. Tetra Pak ha desarrollado un sistema de envasado que permite conservar los productos largo tiempo sin congelación.

El sistema UHT (Ultra high temperature) consiste en un choque térmico muy rápido, la temperatura se eleva a 140-150 grados. Se mantiene así de dos a cuatro segundos, y se enfría rápidamente, el envasado consiste en un sistema cerrado; así, en condiciones estériles, el producto mantendrá su sabor y valor nutritivo sin necesidad de refrigerar hasta abierto el producto.

Combinación de la extrusión y la laminación para producir películas de mayor dureza y espesor.

El papel le da consistencia al envase, el plástico le da hermeticidad con respecto a los líquidos, el aluminio impide la penetración de la luz y del oxígeno, ya que permite el sellado por inducción desde el interior. Dentro del envase, el polietileno es el único material que entra en contacto con el producto envasado. La ventaja del envase Tetra Brik, es el ahorro del espacio de anaquel y distribución

TIPOS DE ENVASES

ENVASE TETRABRICK

ENVASE TETRA REX

TETRA FINO TETRA TOP

CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES • • • • • • • •

Reducción de los riesgos para la salud humana. Aumento de la vida de los productos. Aumento de los períodos de comercialización. Aumento de los lotes de fabricación, permitiendo su almacenaje. Aumento del valor añadido de los productos. Hacer más atractivo el producto, con la incorporación de grafismos. Facilita la exposición en los puntos de venta. Conserva las propiedades del producto, desde su envasado hasta la venta.

El envase Tetra Brik (85% de cuota de mercado), es de tipo multicapa, compuesto en un 75% de papel dúplex de 239g/m2 que contiene 2/3 de papel sin blanquear y 1/3 de papel con blanqueo libre de cloro elemental. El papel le da rigidez al envase. El aluminio, representa un 5% del peso y evita que la luz y el oxígeno lleguen hasta el líquido y puedan dañarlo, conservándose sin necesidad de refrigeración.

Polietileno de baja densidad (PEBD), representa un 20% del peso, se encuentra en el exterior y en contacto con el líquido.

ENVASES DE METAL

ENVASE METALICO, se define como un recipiente rígido para contener productos líquidos y/o sólidos que además puede cerrarse herméticamente.

Los envases de metal son generalmente de hojalata electrolítica o de lamina cromada libre de estaño (TFS), también conocidos como acero electrolítico recubierto de cromo (ECCF), también existe la hojalata con bajo recubrimiento de estaño ( LTS), y por último el aluminio. El espesor de la hojalata y el aluminio para la industria del envase varía entre 0.17 mm hasta 0.30 mm.

PROPIEDADES DE LOS ENVASES DE HOJALATA • • •

RESISTENCIA Permite envasar alimentos a presión o vacío. ESTABILIDAD TÉRMICA El metal no cambia sus propiedades al exponerse al calor (sólo se dilata, pero eso no afecta a los alimentos). HERMETICIDAD Barrera perfecta entre los alimentos y el medio ambiente, esta propiedad es la principal característica exigida a estos envases, para evitar descomposición por la acción de microorganismos o por las reacciones de oxidación.

EMVASES DE HOJALATA

•

•

• •

CALIDAD MAGNÉTICA: Que permite separar fácilmente los envases desechados de otros desperdicios con imanes. INTEGRIDAD QUÍMICA: Mínima interacción química entre estos envases y los alimentos, ayudando a conservar color, aroma, sabor, etc. VERSATILIDAD: Infinidad de formas y tamaños. POSIBILIDAD DE IMPRESIÓN Pueden imprimirse a gran velocidad con diseños litográficos de gran calidad o pueden recubrirse con lacas para su protección.

• La hojalata para alimentos, está formada por cinco capas: el acero base, la aleación de acero, hierro, el estaño libre, la zona de pasivación y por último una película de aceite orgánico.

SECCIÓN ESQUEMATICA DE LA HOJALATA

ALEACIÓN

PROCESO DE FABRICACION DE METAL PARA ENVASE

Los elementos principales de un envase de hojalata son los siguientes: - Costura lateral - Doble cierre (la unión de tapa y fondo con el envase) -Tapas y cierres -Compuestos sellantes

Los tipos básicos de cierre son: • Por fricción: en los cuales la tapa se puede remover con la presión de un dedo. Por deslizamiento, y haciendo palanca. • Cierre roscado: se usa cuando el envase tiene un cuello roscado y se requiere que éste se pueda abrir y cerrar repetidas veces. • El tipo más común de cierre es el engargolado. Puede ser permanente, conocido habituaímente como de doble cierre, o puede ser de presión. • El tipo atmosférico: usado en los aerosoles

CIERRE POR FRICCIÓN MÚLTIPLE

CIERRE POR FRICCIÓN TOTAL

MÉTODOS DE APERTURA • Con abrelatas. • (Retained tab) mediante una llave que se incluye adherida al envase. • Abre fácil (easy open). • Apertura total (full open). • Tapa rosca • Sello de newmam

FULL OPEN

EASY OPEN

TAPA ROSCA

SELLO DE NEWMAN

ENVASES DE ACERO LIBRE DE ESTAÑO

La denominación es TFS (tin free steel), tiene buena resistencia a la compresión, y aunque resiste menos que la hojalata, se puede estibar sin riesgo. La capa de óxido de aluminio que se forma en la superficie del envase no es completamente inerte, el recipiente se debe cubrir internamente con alguna laca sanitaria compatible con el alimento a enlatar, envases de cerveza etc.

ENVASES DE ALUMINIO

• Para fabricar aluminio, primero se separa la alúmina (óxido de aluminio) de otros materiales que contiene el mineral bauxita. Luego se pasa electricidad a través de una mezcla fundida (líquida) de alúmina y criolita (otro mineral de aluminio).

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL ALUMINIO horno secador Tanque de decantación

soda caustica

bauxita

baño de electrólisis

Soda

impurezas Recipiente de reacción

Aluminio puro

Alumina fundida ycriolita

El aluminio se emplea para la elaboración de latas de dos piezas que son utilizadas para el envasado de bebidas como refrescos, cervezas y jugos, principalmente para conservar y distribuir alimentos congelados, horneados y en general, listos para ser consumidos. En tubos colapsibles (o depresibles), hechos a base de estaño y aluminio.

PROPIEDADES DE LOS ENVASES DE ALUMINIO • Versatilidad en su diseño, lo que permite elaborar diversos envases en formas y tamaños. • Alta resistencia. Permite el envasado a presión o al vacío, así como resistencia en la manipulación durante el llenado, sellado, transporte y distribución. • Bajo peso del aluminio, lo cual reduce costos en el transporte y genera ahorro de materia prima.

• Ofrecen el mayor tiempo de vida de anaquel, debido al cerrado hermético, lo que forma barrera entre los alimentos y el medio ambiente. • Resiste altas temperaturas, sobre todo, en el proceso de esterilización de los alimentos para su envasado. • Alta barrera contra los rayos ultravioleta, la luz que deteriora los alimentos grasos y degrada las vitaminas.

• Barrera a gases y grasas, lo que permite la conservación de los alimentos. • Anclaje eficiente para impresión en su superficie y adhesión para etiquetas engomadas. Desde el punto de vista ecológico, los envases de hojalata y de aluminio son 100% reciclables, por lo que el manejo de sus residuos no impacta.

Influencia de las aleaciones sobre el grado de corrosión del aluminio Cobre: reduce la resistencia a la corrosión del aluminio. Manganeso: incrementa la resistencia a la corrosión. Zinc: tiene solo una pequeña influencia en cuanto a la corrosión. Hierro: reduce la resistencia a la rorrosión, que es la causa quizás mas común del abollado de las aleaciones de aluminio.