¿Cuál es el efecto de la humedad en la resistencia ECT y BCT de las cajas de cartón corrugado?

Un material muy comúnmente utilizado en la industria son las cajas de cartón corrugado, las cuales tienen la función de cargar el producto durante la estiba del mismo, es de esta forma que el ECT (Edge Crush Test) y el BCT (Box Compression Test) han cobrado importancia como datos relevantes en las especificaciones técnicas de estos materiales, sin embargo estos valores del material pueden presentar grandes variaciones debidas a la humedad contenida en los papeles que constituyen el cartón corrugado.

Como sabemos la ECT se define como la resistencia mecánica a la compresión de una pequeña probeta del cartón corrugado, generalmente de 2 í— 2 pulgadas, mientras que el BCT es la resistencia a la carga vertical o la estiba de toda la caja ya armada, estas resistencias se logran por el fabricante del cartón a partir de varios elementos, entre ellos: el gramaje de los papeles involucrados, la estructura de los mismos, en caso de ser un cartón de pared sencilla o doble pared, el tipo de fibra, el nivel de reciclado, y muy importante el nivel de humedad contenida.

Prueba de ECT (Kg/cm)

Prueba de BCT (Kg)

El Instituto Mexicano de Profesionales de Envase y Embalaje, IMPEE, cuenta con un laboratorio de pruebas para casi todo tipo de materiales de envase, dando servicio a muy diversas compañí­as de México y de otras partes del mundo, y en sus inicios nos resultaba curiosa la coincidencia de que en temporada de lluvia la cantidad de análisis que realizamos a cajas de cartón corrugado se incrementaba significativamente, al paso del tiempo pudimos observar que justamente los usuarios de estas cajas, en tiempo de lluvias tení­an más problemas con ellas, por lo que requerí­an conocer la resistencia real de las cajas que adquirí­an, dada esta situación nos propusimos hacer un análisis de las pruebas que habí­amos realizado en los últimos años encontrando que la humedad era un factor fundamental en el comportamiento de estas cajas.

Generalmente cuando se elabora una especificación técnica para una caja de cartón corrugado se incluyen datos como: dimensiones, tipo de flauta, estructura, la resistencia ECT, el BCT, en algunos casos todaví­a la resistencia a la explosión o Mullen, y para casos donde las cajas son armadas automáticamente en la lí­nea de producción se solicita el dato de rigidez, principalmente en las lí­neas de doblez, sin embargo en un 99% de los casos, no se especifica nada sobre el tema de humedad.

Existen dos metodologí­as para evaluar la humedad en un corrugado:

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1. Porcentaje de humedad

Esta prueba sencillamente nos indica el porcentaje de humedad que contiene el cartón, y esto puede evaluarse a partir de un higrómetro, el cual cuenta con dos puntas con las cuales evalúa el porcentaje de humedad que existe en esa porción del cartón medido, esta determinación es muy sencilla y rápida, ya que basta colocar el aparato sobre el cartón analizado y así­ obtener el porcentaje de humedad.

Existe otra metodologí­a para determinar el porcentaje de humedad, que se realiza a partir de una termobalanza. La metodologí­a consiste en colocar una pequeña sección de cartón corrugado en la termobalanza, la cual calentará el material hasta evaporar completamente la humedad contenida en el mismo, este equipo determina el peso inicial y final del material, pudiendo calcular el porcentaje de humedad que contení­a este material.

Este método resulta más lento y de mayor precisión que el higrómetro, sin embargo también habrá que considerar que para algunos casos el higrómetro resulta un excelente alternativa, sobre todo cuando se requiere analizar cajas que se encuentran en un determinado almacén lejos de nuestro laboratorio. En estos casos el higrómetro puede llevarse fácilmente dado su tamaño y utilizarse en cualquier lugar, no así­ la termo balanza que requiere de condiciones especiales para su uso. De la forma que sea esta determinación nos indica especí­ficamente el porcentaje de humedad que tiene el material que estamos analizando, en ese justo momento, por supuesto sin conocer el antecedente respecto a las condiciones en que fue almacenado, el tiempo, etcétera.

Medición del 1% de humedad por medio de higrómetro, y por medio de Termobalanza

2. Capacidad de absorción de humedad por método de COBB

Esta metodologí­a permite determinar la capacidad que tiene el cartón para absorber humedad, y en esto se basa su importancia, ya que nos permite conocer cómo se comporta este cartón ante la presencia de ambientes húmedos. La determinación se realiza con la ayuda del aparato de COBB que consiste básicamente en una sección circular que se coloca y sujeta sobre una placa.

Para realizar la prueba primeramente se obtiene una pieza del corrugado, la cual es pesada, y posteriormente es colocada en el aparato de COBB donde se le aplica una cantidad especí­fica de agua, y durante un tiempo determinado, al final de este tiempo, la muestra se saca del aparato y se pesa nuevamente. Esto nos dará la cantidad de agua que penetró en la estructura del corrugado en esa superficie, con este gramaje se extrapola al gramaje que se absorberá en un m². Como hemos mencionado este dato resulta fundamental ya que nos permite ver la capacidad que tiene el cartón de repeler o absorber la humedad del medio ambiente, en el entendido de que a mayor humedad más deterioro habrá en la resistencia del cartón corrugado.

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En la experiencia que tenemos hemos podido clasificar los cartones utilizados para la fabricación de cajas de cartón, por una parte tenemos las cajas que tienen algún tratamiento contra la humedad (ya sea superficial o tratamientos de inmersión en ceras), como es el caso del tratamiento Michelman con el cual se obtienen absorciones o Cobb menores a 100 g/m². Por otra parte podemos tener mediciones a partir de 500 g/m² llegando a niveles de 1800 g/m², indicando que a medida que se incrementa este número, el cartón corrugado analizado está siendo elaborado a partir de fibras cada vez más recicladas, ya que una fibra demasiado reciclada se vuelve altamente higroscópica. Por otra parte, tenemos que un cartón estándar promedio sin tratamiento, pero también sin demasiado reciclado, tenderá a presentar valores de Cobb entre 350 y 450 g/m². Esto lo podemos observar en la siguiente gráfica:

Gráfica 1

Hemos tenido experiencias de compañí­as muy importantes en México con volúmenes de compra de cajas de cartón corrugado mayores a 7 millones al mes, con excelentes precios, pero que al momento de evaluar el Cobb nos encontramos con datos de absorción de 1800 g/m², lo cual significa que las cajas estaban elaboradas con un material altamente reciclado, gracias a lo cual se podí­an obtener excelentes precios. Sin embargo, estas cajas no podí­an cumplir con el cometido de resistir la carga en las estibas, dado que al menor incremento de humedad en el medio ambiente las cajas también lo absorbí­an y perdí­an su resistencia mecánica. Y esta situación sucedí­a, lamentablemente, porque las especificaciones técnicas de las cajas no consideraban en absoluto el Cobb del material.

Aún recuerdo cómo el comprador nos argumentaba que, muy posiblemente, este proveedor de cajas sólo podí­a dar ese tipo de calidad. Sin embargo, en ese momento tuvimos oportunidad de medir el Cobb de otra caja fabricada por el mismo proveedor para otra compañí­a, encontrando que presentaba un Cobb de 80 g/m². Esto nos indicaba que el productor tení­a la capacidad para brindar un excelente rango de absorción, pero si éste no era requerido en la especificación técnica entonces el brindar un material altamente reciclado permití­a ser también altamente atractivo en precio. Aunque lamentablemente cuando evaluamos las cajas en el almacén de esta compañí­a nos encontramos con que un gran porcentaje de ellas ya estaban aplastadas, y que seguramente el producto ya tení­a algún nivel de daño.

En la fotografí­a se observa una muestra en la izquierda con un COBB de 90 g/m², mientras que en la muestra de la derecha se tiene un COBB de 1000 g/m². Se puede apreciar que la diferencia es significativa.

Afectación de la resistencia a la compresión de la caja por efecto de la humedad

En general las empresas fabricantes de cajas de cartón corrugado en América Latina no están habituadas a que se le solicite, ni porcentaje de humedad, ni Cobb, como parte de la especificación técnica. Sin embargo, la experiencia en México ha sido muy favorable ya que en la actualidad existen muchas empresas que incluyen estos datos en sus especificaciones técnicas con excelentes resultados, debido a que sus cajas no presentan variaciones significativas en sus resistencias.

Si bien es cierto que el dato obtenido de Cobb no podemos actualmente introducirlo en una fórmula que pronostique el comportamiento de la caja de cartón, este dato nos indica la calidad del cartón en cuanto a su capacidad de absorción de humedad, y esto es una gran ganancia.

Se han elaborado estudios correlacionando la humedad contenida en el cartón y la resistencia mecánica a la estiba de las cajas de cartón, en el que se aprecia que un porcentaje relativamente bajo de humedad impacta sensiblemente en la resistencia ECT y BCT de la caja. En nuestra experiencia podemos aportar que durante los meses que no son de lluvia en la Ciudad de México, cuando recibimos cajas de cartón corrugado para realizarles pruebas, una práctica común es determinar la humedad con la que llega el cartón. Y comúnmente ésta se encuentra en 0%. Sin embargo en época de lluvias, que es cuando más trabajo tenemos en la realización de pruebas para cajas de cartón, el porcentaje de humedad se incrementa normalmente de 6 a 9%.

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Podrí­amos preguntarnos si un 9% serí­a suficiente para afectar la resistencia BCT de la caja, y la respuesta es un contundente si, ya que de acuerdo al estudio que se realizó, podemos ver la gráfica de afectación de una caja a la cual se le va incrementando el porcentaje de humedad y podemos ver un comportamiento exponencial en el deterioro de la resistencia de la caja. Esta gráfica podemos verla continuación:

Decremento de Resistencia a la Compresión debido a la Absorción de Humedad

De acuerdo con esta gráfica, si al momento de elaborarse una caja tiene un contenido de 0% de humedad, y al realizarse la prueba de BCT encontramos una resistencia de 400 kg, resulta que después del traslado de esta caja al almacén de materias primas del fabricante del producto, y después de estar almacenadas digamos durante 15 dí­as en condiciones donde la humedad del medio ambiente pudo llegar al cartón, encontramos que nuestro cartón ahora tiene 9% de humedad, como vemos en la gráfica a 9%, corresponde un factor de 0,536, lo cual significa que ahora tenemos una resistencia de 400 x 0,536 = 214,4 kg, es decir un incremento del 9% en la humedad del cartón impactó en una reducción del BCT en un 46,4%

En términos generales los fabricantes de cajas de cartón corrugado están renuentes a aceptar el incluir el % de humedad en la especificación técnica, y la razón es sencilla, dado que una vez que la caja sale de la instalación del fabricante resulta muy difí­cil para él, controlar el medio ambiente y el tiempo en el cual se almacenará y se utilizará la caja fabricada, en este caso por el usuario. Por otra parte, sin embargo, el incluir el Cobb resulta indispensable, ya que este Cobb es completamente controlable por el fabricante a través del tipo de fibra utilizada, de la formulación de sus papeles, o del tratamiento superficial que se le dé a los mismos.

Como podemos ver este factor del % de humedad en el cartón se tiene una afectación directa en la resistencia BCT y ECT de la caja, y en términos generales con una afectación significativa, de ahí­ la importancia de medir el porcentaje de humedad a la recepción de las cajas, y también al momento de su uso. Pero, sobre todo, recordemos que este incremento en el porcentaje de humedad será principalmente consecuencia del Cobb del cartón. De acuerdo a nuestra experiencia en un cartón de flauta C, que es el más comúnmente utilizado, si se requiere de la garantí­a de que la caja no pierda resistencia aún en condiciones de humedad altas, es necesario especificar el Cobb de la caja como menor a 100 g/m².

Este artí­culo viene de la revista impresa con el código 0418CORRUGADAS

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