Envoltura de plástico

Antecedentes

La envoltura de plástico es una forma de envasado de alimentos que consiste en una película delgada de polímero transparente y flexible que se adhiere a sí mismo y a los recipientes de alimentos para formar un sello hermético. El plástico mantiene los alimentos frescos protegiéndolos del aire y evitando que los alimentos secos absorban humedad y que los alimentos húmedos pierdan humedad. También sella los olores para evitar que se propaguen a otros alimentos almacenados cerca.

Los plásticos son polímeros artificiales; es decir, consisten en moléculas gigantes formadas por la combinación de miles de pequeñas moléculas del mismo tipo en una cadena larga. Estas pequeñas moléculas se conocen como monómeros y el proceso de combinarlas se conoce como polimerización. Los polímeros naturales incluyen sustancias conocidas como seda caucho y algodón.

El primer plástico lo fabricó el químico británico Alexander Parkes en 1862, quien produjo una sustancia que llamó Parkesine a partir de algodón, ácido nítrico, ácido sulfúrico, aceite de ricino y alcanfor. Dos años más tarde, en los Estados Unidos, John Wesley Hyatt mejoró este producto y lo llamó celuloide. El celuloide fue un gran éxito y se utilizó para fabricar muchos productos diferentes, pero era altamente inflamable.

El primer polímero completamente artificial (a diferencia del celuloide, que era un derivado del polímero celulosa natural) fue la baquelita, que fue producida a partir de fenol y formaldehído por el químico belga Leo Baekeland en 1908. Durante el siglo XX se desarrollaron muchos otros polímeros, incluidos los productos importantes como caucho artificial y fibras artificiales como nailon.

El primer plástico utilizado para envolver fue el celofán, otro derivado de la celulosa inventado por el químico suizo Jacques Brandenberger en 1911. Tenía la ventaja de ser transparente y se utilizaba para envasar ya en 1924. El celofán era la forma más común de película plástica realizado hasta 1963, cuando fue superado por el polietileno.

El polietileno fue descubierto por accidente por investigadores de la empresa británica Imperial Chemicals Industries en 1933, cuando mezclaron benceno y etileno a alta temperatura y presión. El polietileno se utilizó por primera vez principalmente como material aislante eléctrico. Se convirtió en película por primera vez en 1945 por Visking Corporation en los Estados Unidos, y desde entonces ha ganado popularidad.

El cloruro de polivinilo (PVC) se produjo antes de la Segunda Guerra Mundial y originalmente se usó como un sustituto inferior del caucho, pero las películas de esta sustancia no se fabricaron en ninguna cantidad hasta la década de 1950. El PVC se utiliza hoy en día en muchos productos diferentes, como tuberías, pisos, cables eléctricos, zapatos y ropa, así como en envoltorios de plástico.

La película de cloruro de polivinilideno (PVDC) fue desarrollada por Dow Chemical Company durante la Segunda Guerra Mundial para uso militar. Ofrecía un alto grado de protección contra la humedad y resistencia a aceites, grasas y productos químicos corrosivos, por lo que se utilizaba para empaquetar equipos sensibles como dispositivos ópticos y componentes de motores de aviones. En 1952 se ofreció al público con el conocido nombre comercial Saran Wrap.

Materias primas

La mayoría de las envolturas de plástico para el hogar están hechas de polietileno, PVC o PVDC. Todos estos polímeros se derivan de hidrocarburos simples como el metano o el etileno, que se producen a partir del gas natural o el petróleo. El polietileno está hecho directamente de etileno. El PVC está hecho de cloruro de vinilo, derivado del etileno, o de acetileno, derivado del metano. El PVDC está hecho de cloruro de vinilo y cloruro de vinilideno, un derivado del 1,1,2-tricloroetano, que a su vez se deriva del etileno o acetileno.

Algunas películas de plástico, incluido el celofán, se derivan de la celulosa, que se obtiene de la pulpa de madera o de borras, fibras diminutas que se adhieren a las semillas de algodón después de que las fibras de algodón más largas han sido eliminadas con una desmotadora de algodón. Al menos una forma de película plástica (Pliofilm, una marca comercial de Goodyear) se deriva del caucho.

El
proceso de fabricación

Procesamiento de materias primas

• 1 Las sustancias químicas necesarias para sintetizar polímeros generalmente se obtienen del petróleo. El petróleo crudo se calienta en un horno a aproximadamente 752 ° F (400 ° C). Los vapores del petróleo se mueven hacia una columna de fraccionamiento, una torre alta que contiene una serie de cámaras. Las cámaras son más cálidas en la parte inferior de la torre y más frías en la parte superior. Las diversas sustancias que componen el petróleo ascienden a través de las cámaras en forma de gases hasta alcanzar la temperatura a la que se convierten en líquidos. Dado que cada sustancia tiene un punto de ebullición diferente, se licúan en diferentes cámaras y se pueden separar y recolectar.
• 2 La mayoría de los polímeros comienzan con hidrocarburos muy simples que tienen puntos de ebullición bajos. Estas sustancias no se licuan en la columna de fraccionamiento, sino que permanecen en forma de gases que pueden eliminarse desde la parte superior de la torre. También pueden obtenerse del gas natural, que es principalmente metano. Otra fuente de estos productos químicos es la nafta, una mezcla de hidrocarburos líquidos, obtenida de una columna de fraccionamiento, que son más pesados ​​que la gasolina . pero más ligero que el aceite pesado. La nafta se calienta a presión para descomponer los hidrocarburos líquidos en moléculas más pequeñas, un proceso conocido como craqueo. Se agrega un catalizador para permitir que el craqueo tenga lugar a una temperatura y presión más bajas que sin él. El catalizador puede ser una arcilla natural o artificial (una mezcla de alúmina y sílice o una zeolita (cualquiera de varios minerales que contienen aluminio, silicio, oxígeno y otros elementos en combinación con agua). El craqueo catalítico generalmente tiene lugar a una temperatura de aproximadamente 500 ° C (932 ° F) a una presión de aproximadamente 100 kilopascales. Luego, la nafta craqueada se destila de una manera similar a la de una columna de fraccionamiento para separar sus componentes.

Polimerización

• 3 El polietileno se polimeriza a partir del etileno, que se obtiene del craqueo. El etileno se calienta en una cámara de presión a aproximadamente 338 ° F (170 ° C) a una presión de aproximadamente 200,000 kilopascales en presencia de una pequeña cantidad de oxígeno. El oxígeno descompone el etileno en radicales libres, que se combinan entre sí para formar cadenas de polietileno. Aproximadamente el uno por ciento de un gas que no reacciona, como el propano, se agrega para evitar que las cadenas se alarguen demasiado.
• 4 El PVC se polimeriza a partir de cloruro de vinilo, que se puede obtener mezclando acetileno con ácido clorhídrico o etileno con cloro. El etileno se usa más comúnmente porque se obtiene de manera eficiente a partir del craqueo de nafta. Si se usa acetileno, primero debe sintetizarse calentando metano a aproximadamente 2732 ° F (1500 ° C) o mediante varias otras reacciones químicas. El cloruro de vinilo se mezcla con agua y se agita para formar una suspensión, al igual que el aceite y el vinagre se mezclan para formar un aderezo para ensaladas. Se añaden varios agentes de suspensión, como almidón y gelatina, para evitar que la mezcla se separe. La temperatura de la suspensión se eleva a aproximadamente 104 ° F (40 ° C) o 122 ° F (50 ° C) y se agrega un iniciador, generalmente un peróxido orgánico, para iniciar la reacción. Las moléculas de cloruro de vinilo reaccionan entre sí para formar cadenas de PVC. La mezcla se enfría y las partículas de PVC se separan del agua en una centrífuga y se secan en un horno.
• 5 El PVDC se polimeriza a partir de una mezcla de aproximadamente un 15% de cloruro de vinilo y aproximadamente un 85% de cloruro de vinilideno. Para producir cloruro de vinilideno, primero se prepara 1,1,2-tricloroetano mezclando acetileno, ácido clorhídrico y cloro, o mezclando etileno y cloro. El 1,1,2-tricloroetano luego reacciona con hidróxido de calcio o hidróxido de sodio para producir cloruro de vinilideno. La polimerización de PVDC procede de forma muy similar a la del PVC.
• 6 El polietileno es naturalmente flexible, pero el PVC y el PVDC deben tener plastificantes agregados o serán duros y rígidos. Se pueden utilizar como plastificantes diversos ésteres orgánicos e inorgánicos. Generalmente, el plastificante líquido se rocía lentamente en polvo de polímero seco y se calienta a aproximadamente 302 ° F (150 ° C) para formar una mezcla homogénea.

Fabricación de envoltorios de plástico

• 7 La envoltura de plástico se fabrica por extrusión. En este proceso, los gránulos de plástico se calientan hasta que se funden a aproximadamente 212 ° F (100 ° C) para el polietileno y aproximadamente 392 ° F (200 ° C) para PVC y PVDC. Luego, el líquido se fuerza a través de un troquel para formar un tubo de plástico caliente y estirable. A intervalos regulares, se sopla aire comprimido en el costado del tubo en movimiento para formar burbujas grandes. Esto estira el plástico a la delgadez deseada. El plástico delgado se enfría rápidamente y la burbuja se colapsa entre los rodillos de metal para formar una película. La película se enrolla alrededor de un gran rodillo de metal para formar un rollo que puede contener varios kilómetros de envoltura de plástico. A continuación, se desenrolla la película de plástico de estos rollos, se corta a la longitud adecuada (por lo general, aproximadamente 15 m [49 pies]) y el ancho (aproximadamente 0,33 m [1 pie]) y se vuelve a enrollar en pequeños tubos de cartón. (Este enrollado, desenrollado y enrollado tiende a dar a la envoltura de plástico una ligera carga negativa de electricidad estática, que ayuda a que se adhiera.) Los tubos de cartón de la envoltura de plástico se colocan en cajas de cartón que tienen un borde dentado en la abertura para que el el consumidor puede cortar la longitud deseada. Algunos también tienen un punto pegajoso en la caja para atrapar el borde de la envoltura de plástico para que no se pegue al tubo. Las cajas de envoltura de plástico se apilan en cajas de cartón y se envían a los minoristas.

Control de calidad

Existe una variedad de pruebas estándar para garantizar que la envoltura de plástico sea eficaz. Las más importantes son las pruebas de permeabilidad, resistencia al impacto y resistencia al desgarro.

La permeabilidad al vapor de agua se mide llenando un plato con cloruro de calcio, una sustancia muy absorbente de agua. Se cubre con una muestra de envoltura de plástico y se pesa. Luego, el plato se coloca en una cámara con temperatura y humedad controladas. Después de un tiempo determinado, se vuelve a pesar el plato. El aumento de peso muestra cuánto vapor de agua ha pasado a través del plástico. Esta prueba también se puede hacer llenando el plato con agua en lugar de cloruro de calcio y midiendo la disminución de peso para ver cuánto vapor de agua ha escapado. Estas pruebas se realizan a 73 ° F (23 ° C) con una humedad relativa del 50%, a 90 ° F (32 ° C) con una humedad relativa del 50% y a 100 ° F (38 ° C) con un Humedad relativa del 90%.

La permeabilidad a los gases se mide colocando una muestra de envoltura de plástico entre dos cámaras. La cámara superior contiene una presión de 100 kilopascales y la cámara inferior contiene un vacío conectado a un tubo que contiene mercurio líquido. A medida que el aire de la cámara superior pasa a través de la envoltura de plástico, aumenta la presión en la cámara inferior y hace que baje el nivel de mercurio. El cambio de nivel revela cuánto aire ha penetrado en el plástico.

La resistencia al impacto se mide dejando caer pesos de tamaño creciente sobre las muestras de prueba hasta que la mitad de ellas se rompen, momento en el que se registra el peso. También se puede medir llenando bolsas hechas con la envoltura de plástico que se está probando con arena y dejándolas caer sobre una superficie dura desde alturas crecientes hasta que estallen. A continuación, se registra la altura a la que esto ocurre. La resistencia al impacto también se mide disparando una pequeña bola de acero impulsada por aire presurizado a través de una hoja de envoltura de plástico y midiendo cuánto el plástico lo frena.

La resistencia al desgarro consiste en la fuerza de inicio del desgarro (la fuerza requerida para iniciar un desgarro) y la fuerza de propagación del desgarro (la fuerza necesaria para continuar un desgarro). Para medir la fuerza de inicio del desgarro, se tira de una muestra con forma de V poco profunda entre dos mandíbulas hasta que comienza a desgarrarse. Esta forma inusual se selecciona para proporcionar un ángulo de 90 grados que proporciona un punto de partida controlado para el desgarro. La resistencia a la propagación del desgarro se mide separando una muestra que contiene una hendidura precortada.

En general, el PVDC es más fuerte y menos permeable que el polietileno, que es menos permeable que el PVC.

Preocupaciones medioambientales

Dado que la envoltura de plástico es difícil, si no imposible, de reciclar y rara vez se reutiliza, contribuye al desperdicio. Un grupo de consumidores, considerando factores como la energía y las materias primas necesarias para la fabricación, los desechos liberados durante la fabricación y la eliminación, la capacidad de reciclarse y las cantidades típicas utilizadas, calificó la envoltura de plástico como "Buena". En comparación, los envases de plástico reutilizables se calificaron como "Excelente", las bolsas de plástico como "Muy buenas", las bolsas de papel de aluminio y para congelador como "Bueno" y los papeles para congelador como "Deficientes". Otra preocupación es la posibilidad de que la exposición a ciertos plastificantes en envoltorios de plástico pueda ser dañina. Estos productos químicos se absorben de la envoltura de plástico en alimentos calientes y grasos. Aunque nunca se ha demostrado que causen daño en humanos, se ha demostrado que los plastificantes causan cáncer cuando se administran en grandes cantidades a animales de laboratorio. La envoltura de PVC puede constar de hasta un tercio de plastificantes, la envoltura de PVDC consta de aproximadamente un 10% de plastificantes y la envoltura de polietileno generalmente no contiene plastificantes.