I
ÍNDICE.
Prólogo. 1
CAPITULO I CARTÓN SUS ORIGE 2
1. Cartón sus orígenes 3
1.1. Los inicios del envase 5
1.2. El embalaje y sus diferencias con el envase 8
CAPITULO II CARTÓN CORRUGADO 10
2. Cartón Corrugado 11
2.1. Componentes del Cartón Corrugado 11
2.2. Funciones básicas de los componentes del corrugado 12
2.2.1. Las caras de recubrimiento 12
2.2.2. Flautas 12
2.2.3. Propiedades de las flautas 12
2.3. Funciones principales del empaque de cartón corrugado 13
2.4. Elementos básicos relacionados con la fabricación del cartón corrugado 14
2.4.1. Papel 14
2.4.2. Adhesivo 15
2.4.3. Calor 15
2.4.4. Presión 15
2.4.5. Humedad 16
2.4.6. Tensión 16
2.5. Proceso de corrugadora 17
2.6. Operaciones del área de conversión o transformación del corrugado 18
2.7. Cualidades del cartón que se verifican 19
2.7.1. Calibre 19
2.7.2. Resistencia al estallido 21
2.7.3. Resistencia a la compresión caja armada 22
2.7.4. ECT Edge Crush Tester. Compresión de la flauta 23
2.8. Aspectos que afectan las características de los empaques corrugados 24
2.9. Influencia de la humedad relativa en las propiedades del papel y cartón 24
CAPITULO III INDUSTRIA DEL CARTÓN 26
3. Industria del cartón 27
CAPITULO IV PRUEBAS COMUNES QUE SE REALIZAN A LAS CAJAS DE CARTÓN 31 4. Pruebas comunes que se realizan a las cajas de cartón 32
4.1 Calibre 32
4.2. Resistencia al estallido o mullen 33
4.3 ECT (Edge Crush Tester) compresión de la flauta 36
4.4. Top to Bottom compression (BCT) compresión de caja armada 40
CAPITULO V REALIZACIÓN DE ENSAYOS Y RESULTADOS 43
5. Ejecución de los ensayos 44
5.1. Procedimiento de compresión de caja armada o Top to Bottom Compression (BCT) 44 5.1.1. Procedimiento de prueba de Edge Crush Tester compresión de la flauta (ECT) 46
5.1.2. Procedimiento del ensayo Mullen o resistencia al estallido 48
5.1.3. Procedimiento del ensayo para determinar el calibre 51
III
5.2. Resultados de los ensayos 53
5.2.1. Resultados del ensayo de Mullen o resistencia al estallido 53
5.2.2. Resultados del ensayo de resistencia a la compresión de canto o una sección del cartón. Edge Crush tester (ECT) 55
5.2.3. Resultados de la Compresión de la Caja Armada 57
5.2.4. Resultados de Calibre 59
5.3. Defectos que afectan el desempeño del cartón. 61
Análisis de Resultados 66
Conclusiones 68
Índice de Tablas. IV
Índice de figuras. VI
Anexo A X
Anexo B XII
Anexo C XIX
Normas TAPPI. XXI
Bibliografía.
ÍNDICE DE TABLAS.
CAPÍTULO I. CARTÓN CORRUGADO.
Tabla. 2.1. Efecto de la humedad sobre la resistencia a la compresión 25
Tabla.2.2. Efecto del almacenamiento sobre la resistencia a la compresión de un empaque 25 CAPÍTULO IV. PRUEBAS COMUNES QUE SE REALIZAN AL CARTÓN. Tabla 4.1. Factores de los tipos de flautas 37
CAPITULO V. REALIZACIÓN ENSAYOS Y RESULTADOS. Tabla. 5.1. Resultados de Mullen, probeta caja AGRÍCOLA. 53
Tabla. 5.2. Resultados de Mullen, probeta caja TAP‐5 53
Tabla. 5.3. Resultados de Mullen, probeta caja JANEL 54
Tabla. 5.4. Resultados de Mullen, probeta caja NYD‐7 54
Tabla. 5.5. Resultados de ECT, probeta caja AGRÍCOLA. 55
Tabla. 5.6. Resultados de ECT, probeta caja TAP‐5 55
Tabla. 5.7. Resultados de ECT, probeta caja JANEL 56
Tabla. 5.8. Resultados de ECT, probeta caja NYD‐7 56
Tabla. 5.9. Resultados de Compresión de la Caja Armada AGRÍCOLA 57
Tabla. 5.10. Resultados de Compresión de la caja TAP‐5 57
Tabla. 5.11. Resultados de Compresión de la caja JANEL 58
Tabla. 5.12. Resultados de Compresión de la caja NYD‐7 58
V
Tabla. 5.13. Resultados de Calibre de la caja Agrícola. 59
Tabla. 5.14. Resultados de Calibre de la caja TAP‐5. 59
Tabla. 5.15. Resultados de Calibre de la caja JANEL. 60
Tabla. 5.16. Resultados de Calibre de la caja NYD. 60
ÍNDICE DE FIGURAS.
CAPÍTULO I. CARTÓN SUS ORÍGENES. 2
Figura. 1.1. Reina Isabel, derecha material corrugado para Empaques. 3
Figura. 1.2. Primera máquina para corrugar. 4
Figura. 1.3. Robert H. Thompson. 5
Figura. 1.4. Tipos de cajas. 9
CAPÍTULO II. CARTÓN CORRUGADO. 10
Figura. 2.1. Componentes de Cartón. 11
Figura. 2.2. Tipos de cartón. 12
Figura. 2.3. Proceso del corrugado. 17
Figura. 2.4. Formación de la flauta y single face. 18
Figura. 2.5. Alimentación de maquinas flexo gráficas. 18
Figura. 2.6. Espesor o calibre del cartón. 20
Figura. 2.7. Alturas dependiendo de la flauta. 20
Figura. 2.8. Esquema de funcionamiento de la prueba al estallido. 21
Figura. 2.9. Dirección del estallido en la prueba mullen. 21
Figura.2.10. Prueba de compresión a cajas. 22
Figura. 2.11. Izq. máquina de compresión de Cajas, derecha. Ubicación de la caja en un
compresometro. 22
Figura. 2.12. La prueba de canto. 23
VII
CAPÍTULO III. INDUSTRIA DEL CARTÓN. 26
Figura. 3.1. Ciclo del reciclado del cartón. 29
Figura.3.2. Pacas de recuperación. 30
Figura. 3.3. Porcentaje de material reutilizable en los tipos de papel. 30
CAPÍTULO IV. ENSAYOS. 31
Figura.4.1. Medidor de espesores. 33
Figura.4.2.Colocación del material y toma de lectura. 33
Figura. 4.3. Sujeción del material. 35
Figura. 4.4. Estallido de material y lectura en el manómetro. 36
Figura. 4.5. Curva de ring crush Vs ECT. 38
Figura. 4.6. Compresómetro. 39
Figura. 4.7. Probeta estándar. 39
Figura. 4.8. Máquina para realizar la compresión de cajas. 41
CAPÍTULO V. REALIZACIÓN DE ENSAYOS Y RESULTADOS. 43
Figura. 5.1. Preparación de la máquina. 44
Figura. 5.2. Ajuste de la placa. 45
Figura. 5.3. Armado de las cajas. 45
Figura. 5.4. Acomodo de la probeta entre las placas. 45
Figura.5.5. Aplicación de la carga y registro de la carga máxima. 46
Figura. 5.6. Se preparan las muestras para realizar el ensayo. 46
Figura. 5.7. Compresometro listo para ser utilizado. 47
Figura. 5.8. Colocar la probeta en su base y aplicar la carga. 47
Figura. 5.9. Registro de la carga máxima. 48
Figura. 5.10. Subir la placa, liberar la probeta. 48
Figura. 5.11. Preparación de la máquina mullen. 49
Figura. 5.12. Elevación de las mordazas para colocar la probeta. 49
Figura. 5.13. Se ajustan las mordazas. 50
Figura. 5.14. Se aplica la fuerza. 50
Figura. 5.15. Registro de la carga máxima y liberación del material. 50
Figura. 5.16. Corte de muestra en forma de triangulo. 51
Figura. 5.17. Preparación del instrumento. 51
Figura. 5.18. Posición del material en el instrumento. 52
Figura. 5.19. Registro del valor y liberación del material. 52
Figura. 5.20. Gráfico de la tabla 5.1. 53
Figura. 5.21. Gráfico de la tabla 5.2. 53
Figura. 5.22. Gráfico de la tabla 5.3. 54
Figura. 5.23. Gráfico de la tabla 5.4. 54
Figura. 5.24. Gráfico de la tabla 5.5. 55
Figura. 5.25. Gráfico de la tabla 5.6. 55
Figura. 5.26. Gráfico de la tabla 5.7. 56
IX
Figura. 5.28. Gráfico de la tabla 5.9. 57
Figura. 5.29. Gráfico de la tabla 5.10. 57
Figura. 5.30. Gráfico de la tabla 5.11. 58
Figura. 5.31. Gráfico de la tabla 5.12. 58
Figura. 5.32. Grafico de la tabla 5.13. 59
Figura. 5.33. Grafico de la tabla 5.14. 59
Figura. 5.34. Grafico de la tabla 5.15. 60
Figura. 5.35. Grafico de la tabla 5.16. 60
Figura. 5.36. Materia Prima. 61
Figura. 5.37. Humedad que separa las fibras. 61
Figura. 5.38. Fibra del papel cortas y largas. 62
Figura. 5.39. Alta viscosidad del almidón efecto de deslaminado. 62
Figura. 5.40. Efecto de ampollado. 63
Figura. 5.41. Aplastamiento de las flautas por presión. 63
Figura. 5.42. Relevancia del cuidado del calibre. 64
Figura. 5.43. La dirección del corrugado. 64
Figura. 5.44. Manejo del material. 65
PRÓLOGO.
La realización de este proyecto tiene el fin de profundizar en el conocimiento referido a uno de los productos de uso común en la industria y de la vida cotidiana; el cartón corrugado, el cual al tener diferentes aplicaciones es necesario saber algunas de sus características relevantes para su trabajo ideal.
Desde la aparición del hombre, los medios para poder contener bienes y llevarlos de un lugar a otro han requerido de su imaginación e inventiva para utilizar lo que tiene a su alrededor y así poder llevar a cabo la tarea, desde materiales que le proporciono la naturaleza como conchas, cascaras, tejidos de fibras de plantas etc. Al principio las necesidades eran básicamente para poder trasportar agua y alimento, el hombre cambia su estado de vida a la forma sedentaria; la actividad ahora es llevar los bienes del campo a las grandes ciudades y con ello aparecen los almacenes que son los centros encargados de la distribución, para ello las formas más eficientes son los barriles de madera que demostraron en su época conservar por periodos prolongados los alimentos, pero la forma para moverlos requería de demasiados esfuerzos, se necesitaba que cambiasen las condiciones para poder realizar estas tareas. El cartón y papel tuvieron gran aceptación dentro del mundo del envase, ya que podían mantener las cantidades de café, sales y otros artículos. Además su almacenaje era más fácil y práctico ya que pueden ser apilados y etiquetados de manera sencilla, protegían del polvo y de los insectos que son aspectos importantes que debe cubrir un buen envase.
Los materiales forman un gran rubro dentro de los envases ya que los hay desde materiales orgánicos; papel, cartón, madera, textiles o bien como los metales, vidrios y arcillas, hasta los inorgánicos como los polímeros, así como una fusión de estos materiales para poder mejorar las características de protección y conservación.
Hoy en día, se pueden realizar varias combinaciones que mantienen los productos por periodos más prolongados.
Lo que es de interés de este estudio es que características son las más relevantes para un embalaje, que resulta ser un producto que puede ser fabricado de gran variedad de materiales y que sirve para contener, proteger,
manipular, distribuir y presentar mercancías en cualquier fase de su proceso productivo, de distribución oventa.
Los tipos de embalaje que revisaremos serán cajas de cartón, que son muy utilizadas en la industria por sus
diversos diseños, su costo y su facilidad para ser estibados, ya que esta es una de las necesidades más
importantes que buscan los industriales, el espacio. Por ello se hablara brevemente de su historia,
componentes, sus características físicas y mecánicas que son de relevancia para nosotros. Hablaremos de
conceptos como la estiba o resistencia a la compresión, así como al estallido. Realizando una evaluación de
estos aspectos a probetas o cajas muestra que son de uso comercial y que por las necesidades antes
mencionadas deben cubrir. Espero que el siguiente trabajo, exprese de manera clara y sencilla el mundo del
envase y embalaje, cuales son los aspectos de importancia y posibles problemas a los que se enfrentan.
CARTÓN SUS ORIGENES
En este capítulo se expondrán las referencias del corrugado, las aportaciones a lo largo de su conformación hasta el día de hoy, así mismo se expondrán conceptos relacionados con
el material corruga con respecto a sus aplicaciones.
1. CARTÓN SUS ORÍGENES.
Los primeros tiempos de la industria del cartón ondulado tuvieron como protagonistas a pioneros que hacían todo a mano, incluyendo su propia maquinaria y que soñaban con métodos más rápidos de producción, Robert Gair es considerado el padre del cartón plegado y fue uno de los pioneros de la industria del cartón ondulado. Consiguió el reconocimiento gracias al desarrollo del estilo de caja estándar con hendidos y pegado de la solapa, el sistema actual de fabricación de cajas de cartón. Gair llegó a Estados Unidos a los catorce años en un barco procedente de Edimburgo, Escocia, para trabajar con su padre como fontanero en Nueva Jersey. Más tarde, trabajó en Nueva York en un almacén de venta al por menor en la década de 1850 antes de servir en el ejército de la Unión y posteriormente montó su propia empresa.
En el año de 1871, Albert L. Jones patenta en Nueva York el 19 de diciembre de 1871 el uso de material corrugado para empaque; inspirado según algunos en un retrato de la Reina Isabel con su cuello rizado (fig.1.1), y según otros en la plancha “goffer” que su mujer usaba para planchar las crinolinas de los vestidos.
Figura. 1.1. Reina Isabel, derecha material corrugado para Empaques.
Oliver Long introdujo una hoja de cara estabilizante (simple cara) que ayudaba a fortalecer la hoja de ondulado (conocida posteriormente como médium) y poco después una hoja como segunda cara. Y así, con la patente de Long en Estados Unidos 150.588 de 5 de mayo de 1874 fue inventado el cartón ondulado tal como hoy lo conocemos.
Un año después Robert H. Thompson y Henry D. Norris adquieren las patentes de A. L. Jones y O.
Long, se asocian y forman Thompson & Norris Co. con el fin de desarrollar ambos materiales.
La primera corrugadora operada manualmente fue fabricada por Mr. Norris basándose en los rodillos calentadores con gas de una plancha “goofer”, usadas en ese tiempo en las lavanderías.
Las primeras máquinas en las fábricas de Thompson & Norris y Robert Gair tenían una anchura de 12 a 18 pulgadas (30,5 a 45,7 cm). Conforme aumentaron su anchura, fueron accionadas mediante correas desde una línea superior. Los rodillos de mayor diámetro fueron calentados primero por inyectores de gas y posteriormente de vapor para evitar el riesgo de incendio. Las hojas exteriores o liners eran pegadas a mano usando brochas similares a la de empapelar que todavía se utilizan hoy, con una pasta de harina cocida. El médium era puesto cuidadosamente en su posición y presionado suavemente. Desde que el adhesivo comenzaba a pegar era necesario eliminar por evaporación una gran cantidad de líquido por lo que cualquier otra operación necesitaba veinticuatro horas previas de secado. Los tamaños de plancha eran muy pequeños ya que el cartón ondulado sólo se utilizaba como refuerzo interior siendo el embalaje externo una caja de madera o barril.
La simple cara fue producida por primera vez en rollo continuo aproximadamente en 1880, recubriendo completamente con adhesivo una cara del liner aplicado por una línea de brochas fijas (Fig.1.2). Una de las primeras máquinas en aplicar el adhesivo a las crestas del médium fue patentada por Robert Thompson el 7 de junio de 1890. En este proceso, el rollo de médium pasaba sobre un rodillo aplicador de adhesivo y dejado caer sobre el liner y la simple cara resultante era bobinada en un rollo y llevada a una sala de secado. Estas máquinas consistían básicamente, además del mecanismo adhesivo, de dos o tres rodillos acanalados huecos y calentados interiormente que se montaban verticalmente sobre ligeros bastidores de fundición.
Figura 1.2. Primera máquina para corrugar.
La compañía de Thompson & Norris introdujo los tres primeros corrugadores europeos:
Londres 1883 (Reino Unido), en Kirchberg 1886 (Alemania) y en Exideuil‐sur‐Vienne 1888 (Francia).
Buscando un mejor material para corrugar, Thompson y Norris encuentran que el papel de paja de trigo usado como papel de envoltura en las carnicerías era con el que se obtenía un corrugado más rígido, y en 1885 adquieren la planta que producía el mejor papel de este tipo.
Durante los años del 1882 a 1890, R.H. Thompson (fig. 1.3) patenta los primeros equipos mecánicamente operados para fabricar corrugado con una y dos caras.
Figura. 1.3. Robert H. Thompson.
Productores independientes del equipo incorporan la producción de corrugados en el mundo de los negocios. El primer corrugador continuo fue desarrollado por Jefferson T. Ferres del Sefton Fabricación CO.en el año de 1895. Las primeras máquinas de ondulación aparecieron al principio del siglo, de un siglo de innovaciones continuas y de la adaptación al mundo de cambio La producción del empaque corrugado demostró crecimiento rápido. Acompaño a la Revolución industrial y respondido a la demanda constante para más empaque de transporte. Diez años después, se desarrolla un segundo tipo de flauta más pequeña que la primera, para mejorar el empaque de latas, a este segundo tipo se le llama flauta “b” y por contraposición a la primera se le llamara flauta “a”.
Los ferrocarriles del oeste publican en agosto 1 de 1906, la primera autorización para el embarque de
productos en empaques de corrugado y fibra sólida (llamado cartón de paja) sujetos a un cargo
adicional de 10% en las tarifas.
El ferrocarril del oeste de E.U. incluye la prueba de mullen como parte de las especificaciones del cartón de paja.
R.W. Pridham Co. de los Ángeles California, entabla una demanda contra los ferrocarriles del Pacifico por trato discriminatorio contra los empaques de cartón (uso limitado y 10% de cargo adicional). En 1914 la Comisión Interestatal de comercio decide que no existe diferencia en el transporte de los productos empacados en madera o en cartón, y da instrucciones para igualar las tarifas.
Desaparecen las reglas de clasificación regionales y se edita el 30 de diciembre de 1919, la clasificación consolidada del transporte para cartón, conocida como regla 41.
En año del treinta dos se desarrolla la flauta “c” en la cual se trata de conjuntar las ventajas de las dos flautas anteriores. Después de toda una serie de modificaciones a la regla 41 durante los años 1925, 1932, 1941 y 1943; y aunado al gran crecimiento alcanzado en la fabricación del papel kraft (virgen) y en la industria durante la Segunda Guerra Mundial, el 15 de enero de 1945 se cambia el requisito de espesor de los papeles cara que había operado hasta entonces, por el peso mínimo de los mismos, para que la regla 41 quedara casi tal como se encuentra actualmente.
Con el crecimiento del autotransporte después de la Segunda Guerra Mundial, la Asociación Nacional de Autotransporte publica en 1968 la regla 22 la cual es estructuralmente idéntica a la regla 41.
La producción de corrugados sigue de cerca la actividad económica. Se adapta hoy a la evolución constante del comercio al por menor de sus requisitos continuamente cambiantes de la logística.
Desde el final del siglo XIX, muchos cambios han ocurrido y notable es el progreso que se ha hecho en la mejora de materias primas, en el equipo, en los procesos de producción y las técnicas de la impresión del empaque corrugado. Algunos ejemplos son mencionados:
1.‐ El número de grados de papel usados para la producción del corrugado está aumentando continuamente. La opción y la calidad en todos los diversos liners y los corrugares están mejorando constantemente.
2.‐Por supuesto la velocidad de la producción aumentó dramáticamente con la mejora de equipo.
3‐ El uso de computadoras ha revolucionado la industria permitiendo funcionamientos continuos y evitando paradas de la máquina. Su impacto es también considerable en diseño del empaque.
4‐ En la década pasada, las nuevas técnicas de la impresión trajeron los cambios más grandes. El uso de las claves de barras para la identificación de producto ha requerido un realce de la calidad de gráficos del empaque corrugado.
1.1. LOS INICIOS DEL ENVASE.
El trabajo primordial de un envase es preservar, contener, transportar, informar, expresar, impactar y proteger al producto que contiene. Desde hace muchos años atrás existió la necesidad de conservación, desde el calor de nuestro cuerpo hasta la de una casa o la de los alimentos.
Con el objetivo de conservar y proteger el paso del tiempo, en conjunto con la evolución de la tecnología, se han creado envases innovadores con base a un consumidor más exigente cada día, dándoles diferentes usos, siempre sin olvidar su principal función: conservar. La historia del hombre y la de los envases ha corrido a la par; evolucionando éste último y siendo influido de acuerdo a los eventos que han afectado a la historia. En la prehistoria el hombre estaba rodeado de envases naturales que protegían, y cubrían a las frutas u otras clases de alimentos. Viendo su utilidad buscó imitarlas, adaptándolas y mejorándolas según sus necesidades. En el año de 8000 a. C se encuentran ya los primeros intentos formados por hierbas entrelazadas y vasijas de barro sin cocer y vidrio.
Posteriormente, los griegos y romanos utilizarían botas de tela y barriles de madera, así como botellas, tarros y urnas de barro cocidos.
Actualmente los productos que se consumen llevan envases que reflejan las necesidades presentes:
facilidad de apertura, descripción fiel de su contenido y protección del mismo, buena calidad, precio razonable, etc. Incluso influye en los consumidores el aspecto, el colorido y el peso del producto. Las decisiones de compra están influidas por las características externas de los envases. De lo anterior que la presentación del envase, el tamaño, la facilidad de transporte, la variedad e intensidad de colores que éste lleva influyen en el consumo de los productos respectivos.
Los envases de cartón y papel tuvieron una gran aceptación en sus inicio, ya que mantenían las cantidades pre‐pesadas de café, cereales, sal y otros artículos básicos. Estos eran fáciles de almacenar, apilar y etiquetar. Mantenían los alimentos alejados de los insectos y el polvo, principales problemas que se enfrentaban con los alimentos. El siglo XX también vio nacer un nuevo material de envase, el plástico. Cuando los químicos encontraron el procedimiento para unir pequeñas moléculas orgánicas y formar otras más grandes y pesadas, comparables a las de las resinas vegetales, se gestó el mundo de las resinas sintéticas que todos conocemos con el nombre genérico de plásticos.
Las resinas sintéticas se empezaron a industrializar durante la última gran guerra. Hoy día se puede
disponer de unos 60 materiales, algunos de ellos en distintas presentaciones o tipos. Los envases de
plástico fueron más económicos y fáciles de producir respecto de los otros materiales. Eran más
livianos que los otros y con esto se reducía el costo de transporte. Al momento, el plástico ha
reemplazado muchos materiales, permitiendo que la preparación de alimentos sea efectuada muy
rápidamente, desde el refrigerador, pasando al horno y a la mesa.
de metal, papel y plástico. Ejemplos de estos son los "Tetrabrik" utilizados para envasar jugos, leche de larga vida, vino, etc. Los envases que se fabrican con estos materiales son más livianos, durables, con gran capacidad de mantener las características sanitarias de los alimentos.
Otra importante función de los envases es la protección y preservación de los alimentos de la contaminación con bacterias y otros microorganismos. Otra manera de enfocar la preservación de los alimentos a través de los envases es examinar cuánto desecho genera este alimento.
Algunos datos estadísticos confirman la relación entre desechos, envases y alimentos. Los estudios muestran que así como los envases de papel, metales y vidrio aumentaron, los alimentos desechados disminuyeron. El crecimiento de los envases plásticos generó grandes reducciones en los desechos de alimentos. Los envases protegen a través de otras formas también, por ejemplo, el cartón corrugado y el poliestireno expandido son usados para mantener artículos electrónicos y otros equipos de alto valor protegiéndolos de daño durante su transporte y transbordo. Esos materiales mantienen esos productos de forma segura en sus cartones y los amortiguan en las eventuales caídas y golpes involuntarios.
1.2. EL EMBALAJE Y SU DIFERENCIA CON EL ENVASE.
El embalaje es un recipiente o envoltura que contiene productos temporalmente y sirve
principalmente para agrupar unidades de un producto pensando en su manipulación, transporte y almacenaje.
Otras funciones del embalaje son: proteger el contenido, facilitar la manipulación, informar sobre sus condiciones de manejo, requisitos legales, composición, ingredientes, etc. y promocionar el producto por medios gráficos. Dentro del establecimiento comercial, el embalaje puede ayudar a vender la mercancía mediante su diseño vistoso y estructural.
Se establece la diferencia entre:
•
Envase o embalaje primario: es el lugar donde se conserva la mercancía; está en contacto directo con el producto.
•
Embalaje secundario: suelen ser cajas de diversos materiales que agrupan productos envasados para formar una unidad de carga, de almacenamiento o de transporte mayor.
Puede tratarse de pequeñas cajas de cartoncillo, como la de la imagen, o de cajas de cartón ondulado de diversos modelos y muy resistentes.
•
Embalaje terciario: agrupa varios embalajes secundarios. Los más utilizados son el palé y el contenedor.
Los modelos o tipos de embalaje secundario más habituales son (fig.1.4):
•
Bandeja
•
Box pallet
•
Caja dispensadora de líquidos
•
Caja envolvente o Wrap around
•
Caja expositora
•
Caja de fondo automático
•
Caja de fondo semiautomático
•
Caja de madera
•
Caja de plástico
•
Caja con rejilla incorporada
•
Caja con tapa
•
Caja de tapa y fondo
•
Caja de solapas
•
Cesta
•
Estuche
•
Film plástico
•
Plató agrícola
•
Saco de papel
Figura. 1.4. Tipos de cajas.
CAPITULO II
CARTÓN CORRUGADO.
Para entender este material, ampliaremos en esta parte del trabajo su definición, componentes, conformación o proceso, así como aspectos de relevancia dentro la industria cartonera como lo son algunas partes del proceso de fabricación de cajas y exaltaremos algunas de las características y pruebas que se realizan al material corrugado.
2. CARTÓN CORRUGADO.
El cartón corrugado es un material que tiene como base la celulosa, es una estructura formada por un nervio central de papel ondulado el cual pasa por un proceso de ondulado para crear volumen o grosor en el cartón (flauta o médium), reforzado externamente por dos capas de papel (liners o caras) pegadas con adhesivo en las crestas de la onda.
El cartón corrugado es un material liviano, cuya resistencia se basa en el trabajo en conjunto y vertical de estas tres laminas de papel. Para obtener su mayor resistencia, la onda del cartón corrugado tiene que trabajar en forma vertical, además pierde su resistencia si la onda sufre aplastamiento o quebraduras producidas por fuerzas extrañas.
El cartón corrugado es la materia prima principal para la elaboración de empaques y/o embalajes para transportación, conservación, almacenaje de todo tipo y variedad de productos.
2.1. COMPONENTES DEL CARTÓN CORUGADO.
Las hojas lisas exteriores se llaman caras o cubiertas (liners) ver figura2.1.
Figura. 2.1. Componentes de Cartón.
Las hojas onduladas que forman los canales se llaman ondulado, onda o “médium”.
Existen varios tipos de corrugado, con diferentes medidas de flauta y tipos de perfiles (figura2.2.) los que ofrecen combinaciones de diseño para crear un sin número de envases y embalajes. La simple cara es el tipo más elemental de cartón corrugado, y está formado por una hoja lisa y una onda, unidos entre sí por cola.
Le sigue el cartón sencillo, que es un conjunto de tres papeles dos caras lisas y un ondulado, puede
estar formado por alguna de las diferentes flautas; se continúa con un doble corrugado formado por
cinco tipos de papeles, de los cuales dos conforman las flautas que pueden ser iguales o bien
combinadas.
Figura. 2.2. Tipos de cartón.
El gramaje de los papeles, así como la altura de las ondas determinan su consistencia, y sobre todo su resistencia a la compresión vertical. Este último el parámetro más importante ya que indica el peso que puede soportar una caja sometida a una carga por apilamiento.
2.2. FUNCIONES BÁSICAS DE LOS COMPONENTES DEL CORRUGADO.
2.2.1. LAS CARAS DE RECUBRIMIENTO
• Las caras realizan una aportación importante a la resistencia del embalaje: rigidez a la flexión, estallido, desgarre, resistencia al apilado y de protección a posibles agresiones mecánicas.
• La cara exterior sirve, además, de base informativa (marcado), identificación y publicidad para el producto contenido.
2.2.2. FLAUTAS:
Su función principal comprende:
• Dar un grosor inicial al cartón y mantenerlo durante toda la vida del embalaje.
• Proporcionar al cartón ondulado la propiedad “amortiguadora “en virtud de su forma, el ondulado asegura una elasticidad relativa ante los problemas de aplastamiento en plano y resistencia a impactos.
• Aporta resistencia a la compresión sobre el canto del cartón (fuerza paralela a los canales) cada canal puede ser considerado como un “pilar”.
2.2.3. PROPIEDADES DE LAS FLAUTAS
• FLAUTA “A”:
Rígida, tiene un poder amortiguador y buena resistencia a la compresión sobre el canto, en virtud del gran grosor del cartón.
Se utiliza principalmente en cajas grandes donde se puede aprovechar su mayor resistencia a la compresión, o en casos donde se requiere un mayor acojinamiento de las paredes.
• FLAUTA “B “:
Esta onda tiene una buena resistencia al aplastamiento en plano debido al número de canales por unidad lineal de medición, pero poca rigidez dado el reducido grosor que tiene.
Sus usos más comunes son el empaque de latas por su mayor resistencia al aplastamiento plano, en cajas muy pequeñas en donde la facilidad del doblado es importante o en charolas troqueladas y armadas mecánicamente donde es el producto y no el empaque el que hace la estiba y por otro lado se requiere mayor facilidad en el doblado.
• FLAUTA “C “:
Cronológicamente es posterior a los ondulados a y b, este tipo de onda apareció como una mejor adecuación entre precio/consumo de papel/calidad (resistencia), dotada de una buena resistencia al aplastamiento en plano (flat crush) y a la compresión vertical (BCT) de ahí su popularidad en Europa.
Probablemente su mayor ventaja sobre las otras flautas es su mejor balance de las diferentes propiedades requeridas en una caja, ya que en la mayor parte de las ocasiones es imposible predecir el riesgo y trato al que estará sujeta.
2.3. FUNCIONES PRINCIPALES DEL EMPAQUE DE CARTÓN CORRUGADO.
• PROTECCIÓN
Debe ser capaz de transportar un producto con seguridad y en perfecto estado, desde el fabricante hasta el último consumidor.
• ALMACÉN
Debe servir como un depósito conveniente y seguro para almacenar mercancía o el contenido hasta
que es vendido.
• CONTENEDOR
Debe proporcionar un medio de manejo y distribución de cantidades determinadas o múltiplos comerciales de un producto.
• IDENTIFICACIÓN Y PUBLICIDAD
Cuando es impresa debe servir para identificar el contenido y representa un medio de publicidad del mismo durante su tránsito, almacenaje o exhibición.
La fabricación de cartón propiamente dicha se realiza en la corrugadora o ondulatoria. En esta máquina se desenrolla el papel que se ondula y se pega creando planchas de cartón.
Las principales funciones de la corrugadora son seis.
• Corrugar el papel médium
• Pegar el liner interior con el médium, a esta combinación se le llama single face.
• Pegar el single face con el liner exterior
• Cortar y rayar al ancho deseado
• Cortar al largo deseado
• Apilar en hojas individuales
2.4. ELEMENTOS BÁSICOS RELACIONADOS CON LA FABRICACIÓN DE CARTÓN CORRUGADO.
Papel, adhesivo, calor, presión, humedad y tensión.
Estos seis elementos deberán ser correctamente controlados para lograr fabricar un cartón corrugado de alta calidad, veamos a continuación
2.4.1. PAPEL.
El papel consiste en dos tipos.
Papel liner interior o exterior. Papel médium o de corrugar.
Papel liner interior y exterior.
El elemento más importante que se debe controlar en estos papeles es su contenido de humedad, si el contenido de humedad es alto, el cartón corrugado puede pandearse o bien podría no tener una adhesión apropiada. Existen rodillos precalentadores para reducir el contenido de humedad de estos papeles y calentarlos para permitir una adhesión más rápida. También pueden presentarse problemas de pandeo si los papeles están demasiado secos, cuando esto suceda deberán reducirse los arropamiento en los precalantadores y se deben abrir las regaderas de vapor.
Papel médium o de corrugar.
En este papel de igual manera existen dos elementos importantes que se deben controlar, el calor y la humedad. Para que los rodillos corrugadores formen adecuadamente las flautas a velocidades variables, el papel de corrugar deberá estar caliente y húmedo y para esto existe un precalentador y una regadera de vapor que le permiten al papel calentarse y humedecerse antes de entrar a los rodillos corrugadores sin perder de vista que estos rodillos deberán de igual manera estar calientes.
2.4.2. ADHESIVO.
El adhesivo utilizado para unir el papel de corrugar con los papeles liner, es por lo general una mezcla de almidón, sosa cáustica y bórax disueltos en agua. Debido al costo, calidad y disponibilidad el almidón de maíz es el que se utiliza más frecuentemente en el cartón.
El almidón puede convertirse en adhesivo únicamente después de haberse gelatinizado, deberá estar presente tanto humedad como calor para provocar que el almidón se gelatinice y poder formar lo que se conoce como adhesión.
La adhesión en el corrugador se realiza a velocidades muy altas, deberá aplicarse presión en el rodillo prensa al momento de formar la unión como ayuda para reducir el tiempo requerido para formar la adhesión, esta presión en la sección de las planchas calientes la ejerce la lona.
Tomemos en cuenta que la mezcla de almidón‐agua es de aproximadamente 20% de sólidos y 80% de agua, de manera que cuando agregamos almidón para la adhesión, agregamos también mucha humedad.
Está humedad puede ser la fuente de muchos problemas de pandeo.es importante tener suficiente almidón en el cartón para lograr una buena adhesión, sin embargo demasiado almidón podría no mejorar la adhesión y tener como resultado un cartón húmedo y combado el cual será muy difícil procesar.
2.4.3. CALOR.
El calor es muy necesario para controlar la humedad, calidad del corrugado y formación de la unión. El calor es suministrado al papel por el precalentador, preacondicionador, regaderas de vapor, rodillos corrugadores, rodillo prensa y planchas calientes.
La temperatura del precalentador, preacondicionador, rodillo prensa y superficie de las planchas calientes, debe ser de 177ºc. Como mínimo, en los rodillos corrugadores se puede tener un mínimo de 155ºc.
2.4.4. PRESIÓN.
La presión es necesaria para formar las uniones de los papeles en el corrugado.
El rodillo prensa proporciona la presión necesaria para formar la adhesión del liner interior con el papel de corrugar, muy poca presión tendrá como resultado una adhesión deficiente. Demasiada presión cortara el papel y podría tener como resultado una baja resistencia de mullen además de romperse al momento de ser impreso.
La presión para la adhesión del liner exterior es proporcionada por la lona de las planchas calientes.
También se requiere presión entre los rodillos corrugadores para que el papel de corrugar pueda ser formado correctamente, muy poca presión tendrá como resultado corrugado deficientemente formado, bajo calibre y baja resistencia a la compresión. Demasiada presión fracturara al papel de corrugar.
En el doble engomador el rodillo guía aplica presión al single face de forma que el corrugado pueda tomar adhesivo, debe aplicarse únicamente la presión suficiente para asegurar el contacto entre el corrugado y el rodillo de adhesivo. Demasiada presión tendrá como resultado corrugado inclinado y aplastado.
2.4.5. HUMEDAD.
La humedad es necesaria para una buena formación del corrugado, así como para que el almidón se gelatinice, aunque la humedad es importante es también la causa de problemas importantes.
La humedad está presente en todas las bobinas de papel que se con sumen en la corrugadora, el
problema es que la cantidad de humedad puede variar mucho de un rollo a otro, la mayoría del papel
tienen una humedad que se encuentra entre 5% y 7 % y algunas veces la humedad es mayor o menor
a este porcentaje y si los dos liner tienen diferente contenido de humedad en el momento en que se
unen el cartón puede resultar combado.
El adhesivo es fuente grande de humedad. deberá tenerse agua presente para que el adhesivo fluya y se gelatinice, por eso al agregar adhesivo al papel la cantidad de agua agregada es equivalente al 10%
del contenido de humedad del liner, por esta razón si se agrega mas adhesivo de un lado que del otro se pueden tener severos problemas de pandeo.
2.4.6. TENSIÓN.
La tensión es básica en el proceso de corrugado para poder tener un buen contacto con el precalentador o preacondiciondor y poder transferir calor y eliminar la humedad excesiva al papel.
Una tensión adecuada en el papel ayuda a controlar las arrugas, bolsas, pandeo y orillas despegadas provocadas por defectos en la bobina de papel.
Una tensión excesiva puede provocar pandeo hacia arriba o hacia debajo de extremo a extremo en dirección maquina, arrugas, reventones y arrastre en el mecanismo de transmisión y provocar variación de dimensiones en la cuchilla transversal.
Poca tensión puede provocar arrugas, pandeo y poca transferencia de calor.
2.5. PROCESO DE LA CORRUGADORA.
Para el proceso de la corrugar, se plantea que tipo de cartón es el que se va a desarrollar en base a su resistencia, gramajes, tipos de flautas así como consistencia sencilla o doble, resueltos estos pasos se procede a que los operadores de las áreas pertinentes de abastecimiento de materia prima, coloquen los rollos de papel que son requeridos a pie de máquina (fig.2.3).
La explicación del esquema de la corrugadora. El papel que será utilizado para médium o corrugar es acondicionado por diferencia de temperatura, por medio de vapor y se introduce al rodillo corrugador, donde adquirirá la forma de la flauta seleccionada (fig.2.4). Por otro lado se precalientan los liners o caras que llegaran a donde está saliendo el corrugar ya formado en flauta y que lleva goma, se adhieren estas dos caras para formar el single face pasaran juntos al puente; serán llevados a otro precalentador que secara la primera aplicación de goma, se pasara después a un deposito de adhesivo y se adjuntara la ultima capa o liner y ya las tres capas serán conducidas a las planchas para que se termine de secar el material.
Figura. 2.4. Formación de la flauta y single face.
2.6. OPERACIONES DEL ÁREA DE CONVERSIÓN O TRANSFORMACIÓN DEL CORRUGADO.
Las principales operaciones que se realizan en la zona de transformación son las siguientes:
Figura. 2.5. Alimentación de maquinas flexo gráficas.
Impresión de la plancha. El cartón ondulado utiliza básicamente la técnica flexo gráfica para impresión haciendo uso de clichés de polímero para depositar la tinta sobre la plancha (fig.2.5). Las impresoras pueden constituir una operación independiente dentro del flujo de fabricación o más comúnmente, integrarse con otras máquinas como el troqueladoras. Otras formas de impresión son:
Impresión digital. La tinta pasa directamente de los tinteros a la plancha sin soporte intermedio. Por su escasa velocidad solamente está indicado para productos de series cortas, tales como cartelería, publicidad en el punto de venta, etc.
Impresión offset. La impresión se realiza sobre una lámina de cartoncillo que posteriormente se contracola a un formato de cartón simple cara.
Troquelado de la plancha. El troquelado puede ser de dos tipos:
Troquelado plano. El troquel es plano e incide perpendicularmente sobre la plancha consiguiendo una gran precisión en el corte.
Troquelado rotativo. El troquel es semicircular e incide de forma oblicua sobre la plancha por lo que la tolerancia en el corte puede alcanzar los dos milímetros.
Plegado y pegado de la caja. Las plegadoras‐pegadoras administran diferentes puntos de cola a la plancha procediendo a su posterior plegado de acuerdo con las especificaciones del embalaje.
Algunos modelos exigen la aplicación de varios puntos de cola para su correcta formación. Tal es el caso de las cajas de fondo automático, bandejas de cuatro puntos o cajas con tapa de seis puntos.
Formación e incorporación de rejilla. Para la fabricación de cajas con rejilla incorporada es preciso formar previamente la rejilla lo que se realiza en una línea específica. Posteriormente, la rejilla es introducida y pegada a la caja mediante la aplicación de cola caliente.
Grapado de la caja. Algunas cajas por sus grandes dimensiones o para reforzar su unión se unen mediante grapas. Para ello, se utilizan grapadoras industriales que pueden también integrarse con el fabricante de caja.
Flejado y paletizado. Las paletizadoras automáticas se encargan de formar los paquetes, flejarlos y paletizarlos de acuerdo a las especificaciones de fabricación.
2.7. CUALIDADES DEL CARTÓN QUE SE VERIFICAN.
2.7.1. CALIBRE.
en máquina corrugadora y durante el proceso de conversión. Influye sobre la resistencia al apilamiento de la caja.
Figura. 2.6. Espesor o calibre del cartón.
El espesor esta expresado normalmente en milésimas de pulgada o en milésimas de milímetro. La dimensión o calibre de la hoja dependerá de la combinación de papeles.
Figura. 2.7. Alturas dependiendo de la flauta.
Para obtener los valores teóricos de calibre aplicaremos la siguiente ecuación:
h = Cal LI + Cal LE + altura flauta + Cal MD – 0.004”
h=calibre o altura
Cal LI=Espesor del liner interior.
Cal LE= Espesor del liner exterior.
Altura de la flauta.
Cal MD= Espesor del médium.
2.7.2. BURSTING STRENGTH – RESISTENCIA AL ESTALLIDO – PRUEBA DE MULLEN.
Figura. 2.8. Esquema de funcionamiento de la prueba al estallido.
Esta prueba fue desarrollada en 1887 por j. w. mullen la cual mide la fuerza necesaria para fracturar una muestra de papel o cartón en un área dada (7.793 cm²) forzando glicerina a la cámara de presión bajo el diafragma a una razón estable de 170+‐16ml/min. El resultado de esta prueba se mide en mide en Lbs./Pulg², Kgs./cm² o kPa. (fig.2.8).
Es una medida usada internacionalmente para expresar la Resistencia del cartón, se obtiene presionando una muestra a través de un diafragma expandido por la acción de glicerina liquida. El resultado es el valor expresado al momento del rompimiento (fig.2.9).
Mide directamente la calidad de los liners o tapas, ya que su valor no depende de las características de formación del cartón.
Figura. 2.9. Dirección del estallido en la prueba mullen.
2.7.3. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN / TOP TO BOTTOM COMPRESSION (BCT)
Figura.2.10. Prueba de compresión a cajas.
Mide la fuerza máxima de compresión tapa‐fondo, que una caja de cartón soporta antes de fallar, dicha fuerza es aplicada entre dos placas paralelas a una velocidad de 13mm/min. El resultado se mide en lbs, kgs ó kn (fig.2.10).
Este ensayo mide la habilidad de la caja para resistir fuerzas externas de compresión.
Es la prueba más importante pues permite estimar el apilamiento, puntos de deformación y colapsamiento, así como la carga máxima que soporta una caja (fig.2.11).
Figura. 2.11. Izq. máquina de compresión de Cajas, derecha. Ubicación de la caja en un compresometro.
2.7.4. ECT (EDGE CRUSH TESTER). COMPRESIÓN DE LA FLAUTA.
Indica la resistencia a la compresión provocada por una carga ejercida sobre el “canto” o sección del cartón corrugado, paralela a las ondulaciones. (fig.2.12.)
Influye directamente sobre la resistencia a la compresión de la caja (BCT).Depende de la adhesión entre los papeles, así como de la calidad de los liners y de la onda.
Figura 2.12. La prueba de canto
Esta prueba mide la fuerza máxima de compresión paralela a las flautas que una muestra de cartón soporta antes de fallar dicha fuerza es aplicada entre dos placas paralelas a una velocidad de 13mm/min.
Existen cuatro métodos diferentes para realizar esta prueba, los cuales difieren básicamente en el tamaño y forma de la muestra. El resultado se mide en lbs.‐pul, kg/cm o kn/m.
La prueba de compresión de columna o Edge crush test (ECT) se usa para determinar la compresión de de una parte del corrugado y tiene una correlación directa con la fuerza de compresión de el espécimen usado para la evaluación debe ser extraído del corrugado o de una sección de la caja. Si el espécimen es tomado de la parte inferior de la caja puede estar al menos 1 pulgada de distancia de las líneas del score, áreas impresas o cualquier otro que pueda reducir la compresión de los materiales contenidos en el corrugado.
El ECT es usado con otras variables de la caja (calibre y perímetro), para predecir la compresión final de la caja. En el caso en que la fuerza de compresión de la caja es conocida, (también como las otras características) la correspondiente al ECT puede ser calculada. Cuando se predice el valor de compresión de la caja desde el ECT las condiciones de fabricación durante el proceso puede ser previstas y controladas.
2.8. ASPECTOS QUE AFECTAN LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS EMPAQUES CORRUGADOS.
Las flautas son las partes del corrugado que proveen su resistencia a la estiba y cualquier tipo de daño reduce su efectividad.
Si las orillas del cartón son maltratadas se pueden llegar a afectar su desempeño en equipos de armado automático, para prevenir daños, las siguientes prácticas deben de seguir:
• El empaque debe ser almacenado horizontalmente,
• El empaque debe ser almacenado en superficies limpias, más aun si se trata de la industria alimenticia.
• Dejar los flejes o protecciones en los paquetes hasta que el material se vaya a utilizar.
• No colocar objetos muy pesados sobre los pallets.
• Siempre mueva con mucho cuidado los empaques. No los maltrate golpee o arrastre.
• Alta humedad o contacto directo con agua pueden afectar adversamente el desempeño del material de empaque.
La extrema baja humedad o la extrema temperatura pueden reducir el contenido porcentual de humedad del material de empaque y lo altera principalmente sus dimensiones, también provoca que la fibra y adhesivo se debiliten.
2.9. INFLUENCIA DE LA HUMEDAD RELATIVA EN LAS PROPIEDADES DEL PAPEL Y CARTÓN.
Es el factor más importante e influye notablemente en las propiedades del papel y cartón.
• GRAMAJE. Entre más húmedo o seco sea el ambiente, mayor o menor peso tendrá el papel.
• MULLEN. La resistencia a la ruptura disminuye al aumentar la humedad relativa en el ambiente de un 40% en adelante. Esto es debido a que los enlaces y la estructura del papel se debilitan.
• RIGIDEZ DEL PAPEL O CARTÓN. En forma general, si el contenido de humedad se incrementa en un 1% la rigidez del papel o cartón se decremento en un 8%.
Un cambio en el contenido de humedad de 1% en el papel o cartón está asociado con un cambio en la humedad relativa del 10%.
Efecto de la humedad sobre la resistencia a la compresión de los empaques (tabla 2.1).
Tabla. 2.1. Efecto de la humedad sobre la resistencia a la compresión.
porcentaje de humedad relativa
decremento de la resistencia del empaque
50% sin perdida
60% 10%
70% 20%
80% 32%
90% 52%
100% 85%
El efecto del tiempo de almacenamiento sobre la resistencia a la compresión de los empaques tabla 2.2.
Tabla.2.2. Efecto del almacenamiento sobre la resistencia a la compresión de un empaque.
días de almacenamiento perdida de resistencia en el empaque10 37%
30 40%
90 45%
180 50%