La interrelación entre máquina empacadora - material de empaque - producto a empacar (tercera parte) - sellado - hermeticidad

Introducción

Usualmente el sellado de las costuras en los empaques elaborados de materiales flexibles es hecho a través de materiales termoplásticos por medio de sellado por calor.

Para este propósito la temperatura, la presión y el tiempo de residencia deben ser ajustados dependiendo del material de empaque. En la mayoría de los sistemas de calor por contacto como mordazas por calor constante o el sistema de sellado por impulso, el calor desde la herramienta o mordaza de sellado es aplicado desde afuera a través del material de empaque hasta el área o costura de sellado.

Por otros métodos el calor es transferido directamente a la parte interna del material de empaque o es generado dentro del material por alta frecuencia o soldadura ultrasónica (el sellado por ultrasonido en los empaques flexibles, lo trataremos en nuestro próximo blog).

Teoría del sellado por calor

Cuando una herramienta o mordaza caliente es utilizada para sellado, el tiempo de residencia requerido, (t), depende esencialmente de la temperatura de la mordaza,   ( T), y del espesor del material de empaque (d). Las siguientes dos relaciones aplican:

T = (const./ t) + Ts        (1)

Donde Ts es la temperatura requerida para formar la costura o sellado en la superficie de contacto (>= a la temperatura de fusión), y

t = const. X (d2c∂/∑)       (2)

donde c = calor específico, ∂= densidad y ∑ = conductividad térmica del material de empaque

Entre más rápido corra una máquina empacadora menor será el tiempo disponible para el termo sellado y por lo tanto la mordaza debe ser más calentada en línea según la ecuación (1). Este calentamiento, sin embargo, es limitado por el daño térmico que se pueda ocasionar al material de empaque como, por ejemplo, quemado de la película externa, delaminación de alguna de las capas de la laminación, o deformación de las películas plásticas en el área de selle. 

Se puede deducir de la ecuación (2), que doblando el espesor del material de empaque, el tiempo de residencia para un sellado adecuado es cuadruplicado. Si el calor puede ser transferido al área de sellado por ambos lados, solo una tercera parte del tiempo de sellado es requerida, comparada si el calor es transferido por un solo lado. 

Los hallazgos de estudios comparativos entre sellado por calor y sellado ultrasónico, mostraron datos interesantes, ya que en todos los casos el sellado ultrasónico mostró valores de hot tack ( fuerza de sellado en caliente) más altos que el sellado por calor en contacto mientras que la resistencia del sellado por calor fue mayor.

El efecto de contaminación con producto en el área respecto a la fuerza de sellado también fue analizada en el estudio. El material de empaque se contaminó con shampoo, aceite de silicona, leche, café en polvo y harina, y posteriormente sellado.

Lo anterior resultó que en todos los casos la fuerza de sellado fue menor en un mayor o menor nivel comparado con las fuerzas de los sellados que no fueron contaminados.

La naturaleza de la contaminación y el material determinaron el alcance de la reducción en la fuerza de sellado. 

En los empaques cuyo producto es pesado( >= 500 g) , el calor residual en los sellos puede causar fallas en el paquete(abrirse el sellado) a menos que la máquina se ralentice para permitir que los sellos se enfríen. El sellado ultrasónico no tiene problemas de tactosidad en caliente (hot tack), porque las herramientas o mordazas permanecen frías y se ha aplicado menos calor al material de empaque. Los sellos ultrasónicos exhiben fuerza completa casi inmediatamente después de sellados. Ver Fig. 1

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Fig. 1

Influencia de las fugas en empaques al vacío y con atmósfera modificada

Necesitamos diferenciar entre dos circunstancias en el caso del transporte de gas o vapor debido a la perdida de hermeticidad en los empaques: 

• Si hay una diferencia en la presión total entre la parte interna del empaque y la atmósfera externa, tanto los gases como el vapor serán transmitidos como un flujo.

 

• Si la presión total dentro y fuera del empaque es la misma, puede haber todavía una diferencia en la presión parcial para un gas o vapor; esto resultará en difusión. 

El primero ocurre normalmente con empaque el vacío y ocasionalmente con empaques con atmósfera modificada, el segundo, como regla con empaques con atmósfera modificada y donde el empaque debe proteger su contenido de ganar o perder humedad. 

Conclusiones

Existe una compleja interrelación entre la máquina de empaque y el material a trabajar, y hemos tratado solo una parte en estas tres secciones. El ejemplo que hemos tomado de una máquina vertical, nos muestra como a través de un análisis sistemático, es posible determinar las propiedades que afectan el funcionamiento de los materiales de empaque y ganar indicaciones para el diseño de las máquinas empacadoras.

El sellado de materiales termoplásticos no solo suministra fuertes sellados, sino también sellados y costuras a prueba de fugas, lo cual es decisivo para mantener la calidad del producto empacado. Dependiendo del propósito de los empaques, las fugas pueden ser mayor o totalmente eliminadas durante su fabricación. 

Es por lo anterior que para cumplir a cabalidad con la aplicación de empaque, una estrecha cooperación de los fabricantes de los materiales de empaque, máquinas empacadoras y producto a ser empacado es altamente recomendado.

En el próximo blog hablaremos del sellado por ultrasonido, aspecto que en los últimos tiempos ha venido tomando relevancia en el sellado de los materiales para empaques flexibles, haremos un análisis de las variables involucradas, y así terminar esta correlación entre máquina empacadora – material de empaque – producto a empacar.

¡Hasta la próxima!