1MATERIALES COMPLEJOS PARA EL ENVASADO DE ALIMENTOS EN VACO OEN ATMSFERA MODIFICADA (MAP)

(Autor: Alfredo del Valle, SDPACK)

Resumen (Abstract)

Tipos de materiales utilizados para el envasado de alimentos con filmes plsticos,caractersticas, estructuras y requerimientos para los mismos

Objetivo

Abordar las referencias bsicas sobre los filmes plsticos para poder delimitar losrequerimientos de envasado y materiales ms habituales dentro del campo de los filmescomplejos para envasado en vaco y atmsfera modificada

FILMES POLIMRICOS EMPLEADOS EN EL ENVASADO DE ALIMENTOS .

La primera cuestin que nos hemos de plantear es para qu vamos a envasar el producto?Desde evitar simplemente un contacto del mismo durante su manipulacin, hasta alargar laconservacin del producto en el tiempo. es evidente que el envasado, particularmente dealimentos, se extiende enormemente y de forma cada vez mayor se aplica el uso de filmesde termoplsticos de muy diversas caractersticas.

La naturaleza de sus polmeros o complejidad de su construccin va a depender de losrequerimientos del producto a envasar, el propio proceso del envasado y de losprocedimientos a los que pretendamos someter a dichos productos ya envasados.

La diferencia existente entre un simple film de polietileno y un film complejo con unacoextrusin, por ejemplo de siete capas, es tan grande que quizs uno de las mayoresdificultades dentro del sector sera el definir por parte de nuestros clientes, qurequerimientos son los idneos para envasar y procesar a posteriori sus productos y, pornuestra parte, desarrollar los materiales adecuados para cumplir con dichos requerimientos.

La gama de polmeros bsicos para filmes con base en termoplsticos no es excesivamenteamplia: Polietilenos, polipropilenos, poliamidas, poliestirenos, polisteres y PVC quizs seranlos ms comunes, eso s, con diferentes procesos de fabricacin y combinaciones en funcinde, como hemos mencionado, su posterior aplicacin y requerimientos para el mismo, que samplan ya enormemente las diferentes disponibilidades y nos obligan a realizar las primerasrestricciones.

Nos centraremos en las combinaciones de los mismos, materiales complejos, cuya aplicacinmayoritaria se encuentra en el envasado de alimentos en vaco o en atmsfera modificada(MAP).

En general las caractersticas del material se obtendrn por la combinacin de laspropiedades individuales de cada uno de los componentes del complejo.

Los procedimientos de envasado ms habituales se realizan en mquinas termoformadoras,cerradoras de bandejas o barquetas (termoselladoras), mquinas de vaco para bolsas ymquinas envasadoras horizontales y verticales.

2El abanico genrico de productos es amplio, tanto que a veces cuando nuestro interlocutorno tiene un conocimiento demasiado adecuado sobre el mismo, el primer y obvio anlisis sedirige a intentar determinar qu tipo de materiales son los que necesitamos.

Primera distincin: films rgidos, films flexibles.

Qu requerimientos se van a exigir a un film para envasado?:

1.- Adaptacin al proceso de envasado:Los materiales de envase tienen que ser vlidos para su utilizacin en la maquinariacorrespondiente; la norma general es fabricar materiales perfectamente adecuados a lasmquinas ms habituales, o cuyos requerimientos puedan ser indicados para delimitar lasposibles restricciones a su uso.

2.- Resistencia/caractersticas mecnicas adecuadas:Muchos factores van a determinar las mismas, bsicamente deberemos decidir la naturalezade la combinacin de materiales a utilizar y el espesor de los mismos. Indicamos lossiguientes factores como de mayor importancia:

- Caractersticas del producto a envasar, su tamao, consistencia y la agresividad desu superficie exterior.

- Aplicacin como film tapa o fondo; van a requerir en general diferentescaractersticas an siendo para un mismo producto y maquinaria.

3.- Nivel de barrera adecuado:Las evaluaciones bsicas en cuanto a nivel de barrera se centran en las permeabilidades alvapor de agua, oxgeno, nitrgeno y dixido de carbono.

4.- Apariencia adecuada:No necesitamos prcticamente explicar que la apariencia del envase es fundamental a lahora de comercializar el producto. Las exigencias en cuanto al brillo , transparencia e inclusocalidad de impresiones, se van incrementando da a da y son, en muchas ocasiones,condicionantes de extrema importancia.

5.- Otras condiciones:Aspectos como la imprimabilidad, cumplimiento de requisitos sanitarios y medioambientales,capacidad de deslizamiento y algunas otras de menor relieve, sern requisitos habitualespara los filmes de envasado

6.- Caractersticas trmicas adecuadas:Capacidad de termoformado.Resistencia a posteriores procedimientos trmicos. En este momento con el

lanzamiento de mltiples productos (comidas preparadas o semielaboradas) que necesitanprocesos de calentamiento o preparacin por ejemplo en hornos microondas.

Como ya se ha mencionado, para mejorar, complementar y adecuar a los requisitosanteriores el film a utilizar, no se suelen utilizar un film monocapa de un solo material, sefabrican mltiples combinaciones de los mismos, de hasta 7 capas diferentes, con lo que lavariacin y complejidad de los mismos se extiende bastante.

ESTRUCTURAS Y CARACTERSTICAS DE LOS MATERIALES COMPLEJOS.

Los Films monocapa, en muchas ocasiones no son capaces de satisfacer los requerimientosde las distintas aplicaciones. Entonces se procede a evaluar qu posibles combinaciones defilmes puede ser la que nos proporcione las caractersticas necesarias.

En general, un film complejo se compone de un film substrato y un film que permite sutermosellado.

3Por ejemplo: un substrato de PA que nos proporciona barrera, termoformabilidad, resistenciamecnica y un film termosellable : el PE y un adhesivo intercalado.Partiendo de una referencia de este estilo, podemos complicar las combinaciones comoqueramos, normalmente, siete capas diferentes sera una estructura multicapa de aplicacinhabitual. Fabricacin bsica de materiales complejos:

Aunque existen otros sistemas de fabricacin de films complejos, nos centraremos en los doscon los que se producen la mayora de ellos, y que son los procesos bsicos que utilizamosen Sdpack.

Esquemas de materiales complejos

Coextrudo PA Poliamida5 capas Capa Adhesiva

EVOHCapa Adhesiva

PE Polietileno

Coextrudo PA Poliamida7 capas Capa Adhesiva

PA-PoliamidaEVOHPA PoliamidaCapa AdhesivaPE Polietileno

Laminado: Partimos de materiales monocapa previamente extruidos, Generalmente suelenser bicapa: PA/PE, PAO/PE, PETX/PE. Las dos lminas de film se adhieren mediante unacola.

Coextrusin: Partimos de granza de diferentes polmeros, se funden independientemente sey estruyen por lminas.

CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LOS MATERIALES Y SUS APLICACIONES.

Las posibles combinaciones de las propiedades de los filmes como sus caractersticasmecnicas, barrera a gases, comportamientos trmicosson elementos fundamentales aconsiderar a la hora de definir el tipo de envase que necesitamos para un determinadoproducto.

Entramos ahora en la definicin de las principales caractersticas de los diferentes filmesbsicos para poder determinar sus aplicaciones ms idneas.

Propiedades barrera:Cuando pensamos en el envasado en plstico al vacio o atmsfera modificada,particularmente en el sector alimentario, no debemos estar pensando en una larga duracin,que exigira una hermeticidad total y un proceso de esterilizacin, es decir el envasado confilmes plsticos, queda fuera del alcance del tiempo de una conserva o un congelado.

4El objetivo sera el incremento de la conservacin, pero en tiempo comparativamente muylimitado, evidentemente superior al que tendran sin envasar al vaco o MAP., pero sin perderla referencia de que suele tratarse de alimentos frescos, requiriendo stos refrigeracinadems de las propiedades como barrera que se exija al envase.

La cualidad como barrera de un material viene definida, y se cuantifica precisamente por lacaracterstica contraria: La permeabilidad.

La permeabilidad es la cantidad de un determinado gas - generalmente oxgeno y vapor deagua (humedad) con frecuencia tambin dixido de carbono y nitrgeno que traspasa elmaterial , por una determinada unidad de superficie, en un determinado tiempo y bajo unasdeterminadas condiciones.

Cuanto menor es la permeabilidad de un film a un gas, mayor es su barrera al mismo.Las barreras al O2 y al vapor de H2O son las ms comunes e indicamos las de los principalesfilms simples.

Las barreras conseguidas en estructuras complejas, van ha ser la combinacin de lasbarreras de los polmeros simples que lo componen.

Vapor de agua:Consideramos una permeabilidad del orden de 1,5 g/m2/24h e inferiores como adecuada, elPE el PP son films muy comunmente aplicados al envase de alimentos que confieren la buenaproteccin a la humedad. No olvidemos que en un porcentaje muy elevado de complejos seutiliza el film de PE como elemento termosoldante.

Si necesitamos mayores requerimientos, hemos de recurrir barreras con barnices de PVdC ofilms metalizados.

Ej. De mayor a menor barrera

PAO/PE; PETX/PE ; PETM/PE (tapas)PET/PE(r ); PVC/PE(r ); PA/PE (f); PS/PE(r ) (fondos flexibles y rgidos)

(Permeabilidad al vapor de agua valores en g/m2/24h)

40 micras 100 micras 500 micrasPA 20 10OPA (15 micras) 20 APET (amorfo) 5 2 0,4PETP orientado (12 micras) 5PS 30 12 2,5PVC 5,5 2,5 0,5PP 1,5 0,5 0,1OPP (20 micras) 1PE 2 1Film Barniz Nitrocelulsico (35g) 25Film Barniz PVdC (35g) 2,5Lmina de aluminio (12 micras) 0

Espesor

5Oxgeno:Consideramos una barrera del orden de 100 cm3 /m2/bar/24h. como adecuada, estosniveles de barrera, solo se obtienen con barnices de PVdC y EVOH (siempre en sandwich).

Ej. De mayor a menor barrera

PA/EVOH/PE; PETX/PE (tapas)PA/EVOH/PE (f), PS/EVOH/PE(r ), PET/EVOH/PE (fondos flexibles y rgidos)

(permeabilidad al oxgeno valores en cm3 /m2/bar/24h)

Aromas:No hay una clara especificacin en cuanto a las barreras a los aromas - mas que nada, a lasprdidas de los mismos de un producto envasado -, como caractersticas de un determinadomaterial. En estos casos la experiencia, y en su caso la prueba correspondiente, es necesariapara evaluar el producto en concreto.

Luz:En productos sensibles a la luz o a la radiacin U.V., podemos incrementar la proteccin a lamisma con filmes coloreados en produccin (las tintas de impresin son transparentes),obviamente las impresiones de alta cobertura tambin protegen.

Filmes con barrera al oxgeno tambin tienen efectividad.

Filmes metalizados o tintados directamente en negro, o ambos, proporcionan una muy buenabarrera a la luz.

Resistencia a productos qumicos, grasas, cidos deben ser tratados con muchasreservas.

Resistencia a la temperatura.Siendo los filmes de envasado termoplsticos, es decir, cadenas de polmeros que sedeforman / transforman mediante la aplicacin de temperatura, las distintas consecuenciasde la aplicacin de la misma sobre los diferentes materiales van ha ser de muchaimportancia.

40 micras 100 micras 500 micrasPA 25 10OPA (15 micras) 30 APET (amorfo) 45 20 3,5PETP orientado (12 micras) 80PS 3000 1500 300PVC 100 40 8PP 1500 500 125OPP (20 micras) 1500PE 3000 1500 300Film Barniz Nitrocelulsico (3,5g) 125Film Barniz PVdC (3,5g) 10Lmina de aluminio (12 micras) 0EVOH (3 micras) 1

Espesor

6Comenzamos con una tabla en la que se indican diferentes niveles de influencia de latemperatura para cierto procesos a los que podemos someter a un film plstico.

NIVELES DE RESISTENCIA DE FILMES POLIMRICOS A TEMPERATURAS DEREFERENCIA EN PROCESOS DE ENVASADO Y POSTRATAMIENTO.

Material

Temperatura de sellado

C

Temperetura de

termoform

ado C

Temperatura de llenado C

Temperatura de

tratamiento C

Polietileno PE 80 130 100 100

Polietileno alta densidad HDPE 150 140 100 120

Poliamida PA - 80 100 135

Poliamida orientada OPA - - 100 135

Poliester PETP - 130 100 135

Poliester orientado PETP - - 100 135

Poliester cristalino C-PETP - 160 100 >>>>200

Poliester amorfo PETP - 120 65 -

Polipropileno PP 180 155 100 135

Polipropileno orientado OPP - - 100 125

Poliestireno PS - 130 65 85

Poliestireno expandido EPS - 120 80 -

Poliestireno orientado OPS - 120 65 -

PVC - 130 65 -

Surlyn 110 80 70 70

EVOH - - 100 125

PVDC - - 100 135

Las temperaturas de referencia, son una simple indicacin, factores como la naturalezaparticular de cada polmero base, el proceso de fabricacin del monofilm o el complejo, eltiempo y la presin aplicadas son determinantes a la hora de concretar aplicaciones de formacorrecta.

A la hora de evaluar las propiedades trmicas de un film complejo, la temperatura dereferencia debe ser la menor de las combinaciones de monofilmes considerada.

7Los procesos de postratamiento al producto envasado pueden ser los siguientes:

- Congelacin: Todos los films plsticos son, en pricipio, aptos para congelacin conexcepcin en principio del PP en filmes rgidos, aunque ya estamos trabajando conformulaciones del mismo que si lo permiten y presentan la dualidadcongelacin/calentamiento que no se poda aplicar previamente.

- Pasteurizacin: (80 90C): con excepcin del PVC, todos los filmes habituales en losprocesos de envasado son aptos para un proceso de pasteurizacin. El PS rgido debeser evaluado particularmente. Las estructuras PAO/PE, PETX/PE, PA/EVOH/PEpuedenser utilizadas.

- Ebullicin (Bao Mara): (100C a presin atm): Prcticamente, como en lapasteurizacin, podemos utilizar todo tipo de combinaciones excepto PVC y PS.

- Esterilizacin: (121 C): Para la esterilizacin, la resistencia trmica de filmes substratocomo PA, PAO, PET, incluidas con EVOH y barnices de PVdC son adecuadas, pero comocombinacin para termosellado hemos de recurrir al PP (hay formulaciones especiales dePE). Los niveles de barrera del EVOH tras un proceso de pasteurizacin no se puedegarantizar que permanezcan inalterados En el caso de la esterilizacin, los adhesivosen laminaciones y coextrusiones, as como las tintas y barnices de impresin, han de serespecficos para esta aplicacin.

Ej. Tapa: PAO/PP, PETX/PP, PA/EVOH/PP. Fondo: PA/PP, PP/EVOH/PP, PET/EVOH/PPEsterilizacin por vapor: (135C) Para este caso de esterilizacin, se requieren filmsespeciales con base en poliester cast . Bases rigidas con PP tambin podran seradecuadas, siempre con soldaduras PP.

- Horneado: (200 240 C) Solo es posible la utilizacin de PE cristalino debidamenteconformado.

- Microondeado: En principio, la mayor parte de los materiales ya referenciados comocomunes, puede ser utilizada con productos con un suficiente contenido en agua.Cuando los productos contienen aceites o grasas, estos se pueden concentrar en una ovarias zonas del envase creando puntos de sobrecalentamiento que pueden afectar alenvase. Se ha de evaluar particularmente la aplicacin.

En general, la experiencia prctica nos indica las referencias tericas comentadas, nos guanadecuadamente en la eleccin de los materiales, pero hemos de considerar que, aunque latemperatura es fundamental, el tiempo y la presin sern tambin muy relevantes.

DIFERENTES ESTRUCTURAS DE MATERIALES COMPLEJOS

Aunque ya hemos ido referenciando algunas de las estructuras complejas ms habituales,concretaremos las mismas con las diferenciaciones bsicas para su aplicacin, junto con lasventajas e inconvenientes que suelen presentar.

Materiales laminados:Son mayoritariamente films flexibles de dos capas, un film base o substrato, un filmtermosoldante unidos con una cola o adhesivo. (nada, excepto su laboriosidad, impide hacerfilm laminados de ms componentes).

Los films substratos ms comunes son: PAO, PA, PET y PETX en 12-15Los films termolsellables ms comunes son: PE y PP entre 50 y 100

Su aplicacin mayoritaria se centra en los filmes para mquinas flow-pack y filmes tapa paraT.F. y tapa de termoselladora suelen tener entre 60 y 120 de espesor total.

Los materiales biorientados como PAO y PET que permite utilizar, no son termoformables,pero son idneos, por sus caractersticas mecnicas para ser impresos, presentando una

8impresin interlaminada en la estructura final, y para el funcionamiento en mquinas flow-pack.

En el film termosellable, podemos adems formular otras caracteristicas muy importantes delmaterial:( nomenclaturas Sdpack)

- Pelabilidad (facil apertura): PEPC, PPPC. Matienen la integridad desoldadadura pero reducen la fuerza de sellado.

- Antivaho: PEAF, PPAF. Evitan la condensacin- Baja T de soldadura: PEM, proporcionan menor T de soldadadura lo que

permite mayor velocidad de envasado (Flow-pack).- Alta barrera: EVE. Estructura correpondiente a un PE/EVOH/PE.- Esterilizacin: PEH, polmero formulado para esterilizacin cuando el PP

no puede ser utilizado- Coloracin: PEC, PPC, es comn pigmentar el PE cuando no recurrimos a

filmes impresos.

Una estructura laminada, por ejemplo de PA/PE, es termoformable, pero en este campo losmateriales coextruidos sustituyen, sin posible comparacin en cuanto a sus caractersticas, alos laminados. Aunque tambin se producen, no son comunes estructuras de films rigidoslaminados con flexibles.

Materiales Coextruidos:Coextruidos Flexibles:Estos filmes se aplican fundamentalmente como fondo en mquinas T.F.Aunque un film coextruido podra ser bsicamente de tres capas, los dos polmeros bsicosms el adhesivo, esta estructura no aportara ventajas sustanciales frente a un laminado y,salvo en estructuras muy especficas, principalmente para la extrusin de filmes que luegolaminaremosa otros substratos, como el mencionado EVE (PE/EVOH/PE) o VPA(PA/EVOH/PA) (consideremos que el EVOH, solo se puede presentar intercalado entre otrospolmeros de diferente naturaleza, nunca como film simple), estos filmes coextruidos constande un mnimo de cinco capas y habitualmente siete.

Las combinaciones de estas distintas capas y el espesor de las mismas, da lugar a lasdistintas caractersticas del film. En ello se basa precisamente gran parte del conocimiento einvestigacin y desarrollo de estos materiales.

Aunque estas posibilidades parecen enormes, realmente, en la mayor parte de la ocasiones,estos materiales se basan en distintas capas de PA, PE y en su caso, EVOH. Los espesores semueven entre 70 y 300.

Sus especificaciones y desarrollos se encaminan a:- Obtener las mejores caractersticas para su termoformado- La mejor resistencia mecnica una vez t.f.- La mejor apariencia, brillo y transparencia, una vez t.f.

En estas caractersticas es donde aventajan enormemente a los filmes laminados.

Sus mayores inconvenientes estriban en:- No son posibles coextrusiones de polmeros indiscriminadas, hay muchas

limitaciones tcnicas para las mismas.- Las posibilidades de imprimirlos son muy restringidas, en superficie y con muchas

limitaciones, de hecho casi nunca se imprimen.- La maquinaria de extrusin sofisticada y su tecnologia de fabricacin es cara y

compleja.- Sus caractersticas mecnicas no los hacen aptos para envasado en flowpack

9Coextruidos rgidos:Estos tipos de materiles son habitualmente de tres o cinco capas, tres de polmeros, y dosadhesivas. Dependiendo de su composicin y segn lo comentado en cuanto a laspropiedades de los polmeros obtendremos un envase con las caractersticas deseadas.

Las combinaciones de filmes ms comunes seran:PES/PE, PES/EVOH/PE.PP/PE, PP/EVOH/PE, PP/PP,PP/EVOH/PPPET/PE,PET/EVOH/PEPVC/PE

Pero en este caso, al ser filmes rgidos, de entre 200 y 1200 , los requerimientos de lamaquinaria de termoformado van a ser muy particulares y exigentes. Termoformar un filmde PP de 1000 no es una propuesta sencilla.