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DETERMINAR DEL ESPESOR Y GRAMAJE DE MATERIALES DE ENVASE Y EMBALAJE I.

INTRODUCCION.

Los envases y embalajes son de mucha importancia hoy en día, para que la mayoría de los productos elaborados sean de fácil comercialización al consumidor final. Es por ello que resulta interesante hacer un recorrido sobre la importancia de todas las propiedades físicas que estas tengan y la utilización que se les pueda otorgar. Existe un principio de que no existe un envase malo ni bueno sino que uno será más apropiado que el otro. A través de las determinaciones de las propiedades físicas tanto del cartón y papel es posible determinar, su resistencia mecánica, permeabilidad a gas, vapor de agua y el desempeño de estos materiales para un determinado producto.

II. OBJETIVOS.  Controlar la calidad de los materiales a través de la determinación del espesor, el peso especifico y el volumen especifico aparente de sus componentes.

III. 3.1.

MARCO TEORICO. Gramaje.

El peso es uno de los detalles más comunes relativos al papel. Debido a que éste se usa en forma de hoja y su área tiene más importancia que su volumen, según Casey “El peso del papel se expresa como gramos por metro cuadrado (g/m2) en el sistema métrico y se denomina gramaje”. El peso del papel puede medirse en una balanza especialmente graduada. Esta debe tener una sensibilidad por lo menos de 0.1gramos; se requerirá una sensibilidad mayor (0.01g ó 0.001) si las muestras por pesar miden menos de un metro cuadrado. El peso afecta principalmente las propiedades físicas y muchas de las propiedades ópticas del papel. “Es imposible mantener el peso del gramaje exacto especificado. La práctica comercial permite una variación del ± 5 por ciento del peso especificado” (Casey, 1991). Es el peso del cartón expresado en gramos por metros cuadrados (g/m2). Normalmente es el papel de más de 225 g/m2 recibe el nombre de cartón, la mayoría de cartones para envase tienen un gramaje entre 225 a 600 g/m2 (Kirwan, 2012)

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CUADRO N° 1 CLASIFICACIÓN DEL PAPEL, CARTULINA Y CARTÓN SEGÚN SU GRAMAJE RESPECTIVO.

tipo

gramaje

Fino (32/50 g/m2))

32 g/m2

Normal (56/90 g/m2)

64 g/m2

Fuerte(100/160 g/m2)

125 g/m2

Cartulina (180/320 g/m2)

250g/m2

Cartón (+de 320 g/m2)

320 g/m2

Fuente: Espinosa, 2003

3.2.

Espesor.

“El espesor es la distancia perpendicular entre dos superficies planas bajo una presión constante y uniforme” (Espinoza, et al 2003). Se mide con un instrumento denominado micrómetro y las unidades de medida se expresa en micras (1um = 103mm), puntos o mm. (Cf. Casey, 1991.). El espesor es una distancia perpendicular entre dos superficies planas bajo una presión constante y uniforme. El grosor es la distancia entre las dos superficies de la lámina de cartón y se mide en milésimas de milímetro, µm. los envases de cartón suelen tener entre 350 y 800 µm de espesor, el peso afecta en todas las propiedades físicas muchas de las propiedades ópticas y eléctricas del papel (Espinosa, 2003). Al evaluar estas propiedades es importante distinguir entre variaciones ocasionadas por los cambios de peso y las ocasiones por otras diferencias en el papel (Casey, 1991). 3.3.

VOLUMEN

Nos describe como de voluminoso es el cartón, y se mide en metros cúbicos por kilo generalmente el cartón de alto volumen es más rígido y más grueso que el mismo gramaje pero de bajo volumen (Lozano, 2000).

El contenido de humedad afecta relativamente en el peso base de un papel a otro, mucho depende de la humedad relativa del aire con el que está en contacto. Debido a que el gramaje o el peso base se expresa siempre como el peso total del papel incluyendo la humedad. Según los estudios debe determinarse el peso en condiciones estándar si se requiere que sea comercial. La condición estándar utilizada en Estados Unidos es de una humedad relativa del 50 por ciento, con Página 2

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temperatura de 23ºC. El procedimiento acerca de la medición del gramaje se describe con todo detalle en el método estándar ISO 536. "El espesor del papel depende de su peso base, sin embargo papeles del mismo gramaje pueden tener diferente espesor, dependiendo de su composición fibrosa, la refinación que se le haya dado a la pasta, la compresión a la que haya sido sometida la hoja durante el proceso de fabricación, tanto en el prensado como en el calandrado y la porosidad”. (Fernández, 2005).   

Espesor es la distancia perpendicular entre dos superficies planas bajo una presión constante y uniforme. Peso especifico aparente es el peso en gramos de un centímetro cubico, determinado a partir del espesor y del gramaje. Volumen especifico aparente es el volumen en centímetro cúbicos de un gramo de material, o sea, es el valor reciproco del peso especifico aparente

3.4.

PAPEL.

En la industria del envase y embalaje, la denominación de papel se reserva por lo general a los materiales cuyo peso por metro cuadrado (gramaje) es inferior a 225 g/m2 Los que tienen un gramaje superior a 225 g/ m2 se denominan cartones. Sin embargo, la diferencia entre el papel y el cartón se funda principalmente, en las características del material y su utilización. Los cartones presentan 3.4.1. 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, envase de laminaciones con aluminio, plástico y otros materiales.  Papeles Kraft para sacos o bolsas de gran contenido Características mecánicas muy elevadas, definidas por normas gramaje comprendido entre 70 g/m2 y 125 g/m2 . Pueden fabricarse en variedades extensibles o semi extensibles (BUREAU, G. Y MULTON, 1995).  Papeles Kraft sin blanquear y sus derivados Papel Kraft natural (sin blanquear): Características mecánicas elevadas. Estándares establecidos para el papel couché de máquina para dichos papeles están comprendos de 80g/m2. Ejemplos de aplicación: Sacos para frutas, bolsas de menores dimensiones para frutas y vegetales extensibles (BUREAU, G. Y MULTON, 1995).

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Papeles Kraft intermedios: Se utilizan en aplicaciones similares a las del papel Kraft natural, pero que no exigen el mismo desempeño técnico. Los gramajes más corrientes están comprendidos entre 28 g/m2 y 125 g/m2. Ejemplos de aplicación: Papel Kraft engomado, asfaltado, parafinado extensibles (BUREAU, G. Y MULTON, 1995).

3.5.

CARTON:

El cartón corrugado plano es una material conocido en la elaboración de diversos tipos de embalajes para productos diversos como: frutas, legumbres, productos manufacturados, Maquinas industriales, así mismo es utilizado, para el transporte a granel de mercancía en grandes cajas o contenedores. El cartón también resulta conveniente para los distintos modos de transporte, incluyendo el marítimo y aéreo. Esta gran amplitud de papel como materias primas, lo que permite adaptar una calidad determinada a cada exigencia del sistema de distribución, (UTP, 2006). 3.5.1. PROPIEDADES DE CARTON:

Gramaje: es el peso del cartón expresado en gramos por metro cuadrado normalmente el papel de más de 225 g/m2 recibe el nombre de cartón, la mayoría de los cartones para envases tienen un gramaje entre 225 a600 gr/m2. Grosor: es la distancia entre las dos superficies de la lámina de cartón y se mide en milésimas de milímetro (µm) el material utilizado en la mayoría de los envases de cartón tiene un grosor que oscila entre los 600 a 800 (µm). Densidad: describe como se compacto el cartón, y se mide en kilogramos por metro cubico (kg/m3 o gramos por centímetro cubico. Volumen: describe como de voluminoso es el cartón, y se mide en metros cubico por kilo (m3/kg) generalmente el cartón de alto volumen es más rígido y grueso que el cartón del mismo gramaje pero de bajo volumen. Página 4

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3.5.2. CLASIFICACION DE LOS ENVASES DE CARTON: Cajas plegadas: utilizada como empaque primario. Tubos y empaques cilíndricos elaborados con cartón flexible. Cajas rígidas: estas cajas tienen usos muy diversos. Cartón solido blanqueado o cartulina: fabricado con pasta química en las partes interiores y capas de estuco en la cara superior, se utiliza en la industria farmacéutica, cosmética y otros envases de lujo. Cartón no solido blanqueado: se utiliza para embalajes de bebidas (agrupaciones de botellas y latas) más resistente q el anterior: Cartón foulding: se fabrica con varias capas de pasta mecánicas entre capas de pasta química utilizando mayormente alimentos congelados y refrigerados (UNION EUROPEAPERU, 2006).

3.6.

Envases de cartón

El cartón está formado por múltiples capas de papel, las cuales le proporcionan rigidez. Los envases de cartón son los que más se ocupan para la protección y el transporte de productos. Además, ofrecen seguridad e higiene, siendo los principales tipos de embalajes en las cajas. La industria del embalaje en cartón ha decaído a lo largo del tiempo debido al avance de los plásticos, pero hoy se busca fusionar ambos materiales creando productos con características especiales y combinándolo con algún otro material para crear mayor resistencia e innovación. 3.6.1. Características del envase Tetra Pak El envase Tetra Pak es altamente reconocido, se caracteriza por una superficie plastificada que casi en su totalidad puede ser impresa, a la vez este envase repele por completo la luz evitando lo perjudicial que puede ser ésta para la conservación del alimento contenido. Hay envases Tetra Pak con varias formas, tamaños y diseños distintos. Los envases Tetra Pak están conformados básicamente por capas de plástico, papel y aluminio perfectamente bien unidas que permiten la conservación de alimentos en buen estado sin la necesidad de ser refrigerados. Las capas del envase protegen la calidad nutricional de su contenido y permiten descartar el uso de conservadores artificiales. Capas de los envases Tetra Pak Los envases de Tetra Pak están formados por 6 capas diferentes:

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Primera capa: Polietileno Segunda capa: Carton Tercera capa: Polietileno Cuarta capa: Aluminio Quinta capa: Polietileno Sexta capa: Polietileno

 Gramaje En la industria, el cartón Tetra Pak se mide generalmente por su gramaje, que es el peso del cartón expresado en g/m2 : la mayoría del cartón utilizado para fabricar envases tiene un gramaje entre 160 y 600 g/m2 . (Abreu M., 2002) Está compuesto en un 75% de papel dúplex (un papel de mayor gramaje) de 239 g/m2 que contiene 2/3 de papel sin blanquear y 1/3 de papel con blanqueo libre de cloro elemental. El papel le da la rigidez suficiente al envase y es sobre esta superficie que se imprime la marca y publicidad del producto. Otro elemento importante en la composición del envase de Tetra Pak es el aluminio, que representa un 5% del peso del envase, y que por sus características especiales evita que la luz y el oxígeno lleguen hasta el líquido o alimento y puedan dañarlo, permitiendo su conservación sin necesidad de refrigeración. El tercer componente que se encuentra entre estos dos elementos, en el exterior del empaque y en contacto directo con el líquido, es el plástico (polietileno) que representa un 20% del peso total del envase. www.tetrapak.com IV.

MATERIALES Y APARATOS.

Micrómetro; es un instrumento de medición, que consta de dos discos planos y paralelos entre los cuales se colocan las muestras. Micrómetro utilizado para medir espesores de material de envase debe poseer las siguientes características:  Área de la cara del disco superior: 200+10mm2 Página 6

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 Presión ejercida por el disco superior: 1,0+0,1 kg/cm2  Paralelismo de los discos: menos d 0,005 mm de desviación  Precisión de lectura: 0,002 mm V. PROCEDIMIENTO. 5.1. MUESTREO: Preparar en lo mínimo 4 conjuntos formados por el mismo número de hojas. En el caso de materiales de papel, formar un conjunto con 5 hojas; y en el caso del cartón formar un conjunto de mínimo 2 hojas, midiendo 20 x25 cm, correspondiendo a los 25 cm en la dirección transversal del papel Hacer 5 mediciones de cada muestra, distribuidos al azar. Para materiales laminados, tanto para la medida del gramaje como para el espesor, proceder las mediciones en el laminado y sus componentes después de las deslaminación de los mismos. En los materiales de difícil deslaminacion , como los coestruidos, el espesor es medido con auxilio de microscopio equipado con cámara fotográfica. 5.2. LECTURA: Calcular la medida de las lecturas y dividir por el número de hojas que compone la muestra. Expresar los resultados del espesor en mm, con aproximación de 0.002. El espesor específico es obtenido por la fórmula: 𝑷𝒆 = 𝑮/𝟏𝟎𝟎𝟎. 𝑬 DONDE:

Pe= peso específico aparente en g/cm3 G= gramaje en g/m2 E= espesor en mm El volumen específico aparente es obtenida por la formula: 𝑽𝒆 = 𝟏/𝒑𝒆 Donde: Ve= volumen especifico aparente en cm3/g Es espesor deberá ser expresado en micrómetros o sa, 1000 x valor en mm. 5.3.

GRAMAJE: El gramaje se define como el peso de una determinada área de material, siendo la unidad usual g/m. este método se aplica a materiales flexibles; papel cartón, películas, plásticas y laminados. Para materiales laminados, estos deberán ser deslaminados y cuantificarlos individualmente. El gramaje está directamente relacionado con la resistencia mecánica e intensidad de transmisión de la luz de los materiales. Un mejor gramaje ofrece una mejor resistencia mecánica y un mejor barrera a la transmisión de la luz también atreves del gramaje, se puede conocer el rendimiento de una bobina. Página 7

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5.3.1. METODOS PARA PELICULAS SIMPLES: A) MATERIALES Y APARATOS:  Muestras(películas, laminados, papeles y cartón)  Balanza analítica con precisión de 0.01 g  Un molde de 100 centímetros cuadrados (10x10cm).  Bisturí u otros dispositivos para corte preciso de áreas determinadas. Como moldes etc.

B) PROCEDIMIENTO:  Cortar 4 muestras de 100 cm2 a partir de aproximadamente 2.5 cm de los bordes y transversalmente a la longitud de la bobina previamente acondicionada. Las dimensiones deberán tener precisión de 0.5 mm.  Pesar cada muestra con aproximación de 1,0 mg. Calcular en valor medio de cuatro pesadas y expresar el resultado en g/cm2. 𝑃 𝐺 = 10000 𝑋 𝐴 DONDE: G= Gramaje (g/m2) P= peso medio(g) A= área de la muestra(cm2)

5.4.

5.3.2. METODOS PARA MATERIALES LAMINADOS A) PROCEDIMIENTO:  Cortas muestras de 100 cm2 de cada lado de la bobina previamente acondicionada, con el molde y lamina de corte .  Pesar las muestras en una balanza analítica  Embeber las muestras en tricloruro o tolueno. Para facilitar la separación de los componentes del laminado.  Remover el revestimiento de las muestras y secaras rápidamente. Usando papel absorbente o con aire caliente.  Pesar nuevamente y anotar los resultados en gramas  Obtener la media y expresar el gramaje en g/m2. CALCULOS.

 GRAMAJE MEDIO (X)

∑𝑛1=1 𝑥𝑖 𝑋= 𝑛 Donde: X= peso de cada muestra N= numero de muestras

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 DESVIACION ESTANDAR:

VI.

RESULTADOS Y DICUSIONES CUADRO N° 02 resultados obtenidos de cada medición realizada: ENVASES DE PRODUCTO Maicena (5*5)

CA

ON RT

Chinchin (5*5) Te herbi (10*10)

A TR TE

PA

PE PA

CK

Leche gloria (8*8) Pulp (5*5)

L

Pan (10*10)

PESO

1.4 1.4 5.6 3.6 1.2

2.3

PESO PROMEDIO gr 0.7 0.7 0.7 0.7 2.8 2.8 1.8 1.8 0.6 0.6 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46

ESPESOR mm 0.39 0.39 0.37 0.37 0.484 0.484 0.5 0.5 0.304 0.304 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07

GRAMAJE gr/m2

VOLUMEN GRAMAJE DESVIACION Pe g/cm3 ESPECIFICO MEDIO ESTANDAR cm3/gr

280

1.43

0.69

0.7

0.7

280

1.51

0.66

0.7

0.7

280

0.578

1.73

2.8

2.8

281

0.562

1.77

1.8

1.8

240

0.79

1.27

0.6

0.6

230

3.29

0.3

0.46

0.46

4.1. Discusiones:  El gramaje promedio del envase de maicena es de 280 g/m2 con una desviación estándar de 0.7 indicando que existe gran variación. Según UNION EUROPEA-PERU, (2006) que los cartones tienen un gramaje de 225g/m2 a mas, lo cual los resultados obtenidos se encuentran dentro de los parámetros establecidos.  Según UNION EUROPEA-PERU, (2006).El envase de maicena. Su gramaje promedio es de 280g/m2 con una desviación estándar de 0.7 existiendo una variación muy alta esto es debido a que el envase presentaba algunas arrugaciones lo cual impide el cálculo exacto tanto del espesor como el gramaje. El envase es un embalaje de harina y es un envase de cartón no solido blanqueado. Normalmente el papel de más de 225g /m2 recibe el nombre de cartón, la mayoría de cartones para envases tienen un gramaje entre 225-600 g/m2 .

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 SEGÚN INDECOPI 2003 el requisito en el gramaje del papel kraft está comprendido en un rango de (71 – 79 g/m2) y según BUREAU, G. Y MULTON, 1995 nos señala que los rangos varían de acuerdo al tipo de papel kraft; el papel kraft para sacos está comprendido entre un rango de 70g/m2 y 125g/m2; el papel kraft natural sin blanqueado está comprendido en un rango de 80g/m2¸y por último el papel kraft intermedio está comprendido entre 28g/m2 y 125g/m2.  En el envase de bolsa de papel de pan su gramaje promedio es de 0.46 g/m2 lo cual esta bolsa de papel de pan se encontraría en el tipo de papel kraft intermedio como lo menciona el autor (BUREAU, G. Y MULTON, 1995) ya que este se encuentra en el rango establecido, y también se obtuvo una desviación estándar de 0.92 es un una diferencia un poco alta esto se debe a que se trabajaron con un bloque de 5 muestras y que también el envase tenia mínimas arrugaciones lo cual esto impide a que el papel pueda ser medido exactamente.  Según, (Abreu M., 2002) nos dice que el gramaje en la industria, el cartón Tetra Pak se mide generalmente por su gramaje, que es el peso del cartón expresado en g/m2 : la mayoría del cartón utilizado para fabricar envases tiene un gramaje entre 160 y 600 g/m2. Y comparando con nuestros resultados que obtuvimos 280.25 g/m2; estaría en los rangos aceptables. Siendo así el espesor, el peso especifico y el volumen especifico se obtuvo de acuerdo a las formulas para calcular el gramaje respectivo de cada muestra.  Está compuesto en un 75% de papel dúplex (un papel de mayor gramaje) de 239 g/m2 que contiene 2/3 de papel sin blanquear y 1/3 de papel con blanqueo libre de cloro elemental. Otro elemento importante en la composición del envase de Tetra Pak es el aluminio, que representa un 5% del peso del envase. (Abreu M., 2002)  (chin chin) se determinó un gramaje d 280 g/m2 con una deviación estándar de 0.7 en el cual habría una variación muy alta. Según lo que menciona, Kirwan, (2012) todo aquel papel que tenga más de 225 g/m2 de gramaje ya se le denomina cartón, esto cabe indicar que el material estudiado sería un cartón porque está dentro del material establecido (225 a 600 g/m2), como menciona dicho autor y debido a la desviación estándar obtenido si se tienes una alta diferencia, debido a que no se realizó bien los cálculos de medida.  Los Resultados obtenidos en cuanto al espesor del envase del dulce (chin chin) se pudo obtener un resultado de 0.744 mm como se muestra en el cuadro n°2, realizando una comparación con lo que nos menciona Espinosa, (2003), los envases de cartón suelen tener entre 350 y 800 µm de grosor, por lo cual el resultado obtenido en la práctica fue de 0.744mm equivale a 744 µm esto cabe indicar también que si está dentro de los parámetros que nos menciona dicho autor  Según ((Abreu M., 2002) ),nos indica que el gramaje del cartoncillo es de 225g/m2 a 600g/m2, en la práctica realizada del embalaje del te filtrante de la

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marca HERBI se obtuvo un gramaje de 280g/m2, el cual se encuentra dentro del rango indicado por (Abreu M., 2002), por otro lado el peso específico es de 0.578g/cm3 , el espesor es de 0.484mm expresado en micras se encuentra dentro del rango y su desviación estándar es de 2.8 lo cual nos indica q hubo una variación en los datos tomados y calculados.

VII.

CONCLUSIONES. En la siguiente práctica se ha controlado la calidad del material determinando Las principales propiedades físicas, tales como la determinación del espesor, el peso especifico y el volumen especifico para calcular el Gramaje. Los resultados fueron lo siguiente: el gramaje del cartón de maicena, herbi y chinchín fue de 280g/m2, en el de tetra pak el gramaje de leche gloria fue de 281.25 g/m2 y de pulp 240 g/m2; donde si están en los rangos aceptables comparando con las referencias bibliográficas. Las determinaciones del espesor, peso específico y volumen específico podemos ver en el cuadro N° 02 los resultados obtenidos de cada material evaluado. Al determinar los parámetros de calidad de los envases de los alimentos podemos deducir que lo que nos menciona, Espinosa (2003), de que todas estas propiedades se ven muy influenciadas por el peso, ya que cada material tiene diferentes componente porque son para un determinado producto Las determinaciones de volumen específico y peso específico se ven relacionas bastante con el gramaje y espesor, como menciona, Lozano, (2000), indica que cuando mayor sea el volumen este material será más rigido a pesar de que tenga el mismo gramaje y por otro lado el peso se ve influenciada en casi todos los propiedades fisicas que se determinaron en la práctica realizada , esto cabe señalar de que es de gran importancia evaluar sus propiedades de cada envase

VIII.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.     

UNION EUROPEA – PERU, 2006 Taller de uso de envases y embalajes BUREAU, G. Y MULTON, 1995. Embalajes de los alimentos de gran consumo. Editorial Acribia. S.A. Zaragoza – España. INDECOPI 2003 UNION EUROPEA-PERU, 2006 taller de uso de envases y embalajes. UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU, 2006 Cuaderno de aplicaciones y teoría aplicada

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Abreu M.(2002) Reciclaje de embalajes cartones de Tetra Pak para alimentos líquidos.Mexico. CASEY, James. P. 1990. Pulpa y Papel, Química y tecnología química. Volumen 1.Ed. Limusa. México.

Casey, James. P .1990. Pulpa y papel, Tecnología química. Volumen 1 Ed. Limusa, México.

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Kirwan, Mark J. Manual de tecnología de empaquetado de papel y cartón. 2da. edición. Oxford.

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Lozano, Juan Ramón. La nueva normativa de los envases y embalajes. 1ª edición. Madrid.



IX.

Espinosa, A. 2003. Buenas Prácticas de fabricación para la fabricación de papel y cartón para contacto con alimentos, Madrid.

ANEXOS.

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