Film Plástico Premium para Alimentos: Preserva Frescura y Sella Olores

Contexto

El film 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 los húmedos la pierdan. 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 combinando miles de moléculas pequeñas del mismo tipo en una cadena larga. Estas moléculas pequeñas se conocen como monómeros, y el proceso de combinarlas se conoce como polimerización. Polímeros naturales incluyen sustancias familiares como la seda, el caucho y el algodón.

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

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

El primer plástico usado 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 usó para envasado desde 1924. El celofán fue la forma más común de película plástica hasta 1963, cuando fue superado por el polietileno.

El polietileno fue descubierto por accidente por investigadores de la compañía británica Imperial Chemicals Industries en 1933, al mezclar benceno y etileno a alta temperatura y presión. El polietileno se usó primero principalmente para material aislante eléctrico. Se fabricó por primera vez en película en 1945 por la Corporación Visking en Estados Unidos, y ha crecido en popularidad desde entonces.

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

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

Materias Primas

La mayoría del film plástico doméstico se fabrica con polietileno, PVC o PVDC. Estos polímeros derivan de hidrocarburos simples como metano o etileno, producidos a partir de gas natural o petróleo. El polietileno se hace directamente de etileno. El PVC se hace de cloruro de vinilo, derivado de etileno, o de acetileno, derivado de metano. El PVDC se hace de cloruro de vinilo y cloruro de vinilideno, un derivado de 1,1,2-tricloroetano, que a su vez deriva de etileno o acetileno.

Algunas películas plásticas, incluido el celofán, derivan de celulosa, obtenida de pulpa de madera o linters, diminutas fibras que se adhieren a semillas de algodón tras remover las fibras largas de algodón con una desmotadora. Al menos una forma de película plástica (Pliofilm, marca registrada de Goodyear) deriva del caucho.

El Proceso de
Fabricación

Procesamiento de Materias Primas

• 1 Los químicos necesarios para sintetizar polímeros se obtienen usualmente del petróleo. El crudo se calienta en un horno a unos 752 °F (400 °C). Los vapores del aceite pasan a una columna de fraccionamiento, una torre alta con una serie de cámaras. Las cámaras son más cálidas en la base y más frías en la cima. Las diversas sustancias que componen el petróleo ascienden por las cámaras como gases hasta alcanzar la temperatura en que se licúan. Como cada sustancia tiene un punto de ebullición diferente, se licúan en cámaras distintas y pueden separarse y recogerse.
• 2 La mayoría de polímeros comienzan con hidrocarburos muy simples que tienen puntos de ebullición bajos. Estas sustancias no se licúan en la columna de fraccionamiento, sino que permanecen como gases que pueden removerse de la cima de la torre. También pueden obtenerse de gas natural, que es mostly metano. Otra fuente es la nafta, una mezcla de hidrocarburos líquidos obtenida de una columna de fraccionamiento, más pesados que la gasolina pero más ligeros que el fuel oil. La nafta se calienta bajo presión para descomponer los hidrocarburos líquidos en moléculas más pequeñas, proceso conocido como cracking. Se añade un catalizador para permitir el cracking a menor temperatura y presión. El catalizador puede ser arcilla natural o artificial (mezcla de alúmina y sílice) o un zeolita (minerales varios con aluminio, silicio, oxígeno y otros elementos combinados con agua). El cracking catalítico suele ocurrir a unos 932 °F (500 °C) bajo presión de unos 100 kilopascales. La nafta craqueada se destila luego de manera similar a una columna de fraccionamiento para separar sus componentes.

Polimerización

• 3 El polietileno se polimeriza a partir de etileno, obtenido del cracking. El etileno se calienta en una cámara de presión a unos 338 °F (170 °C) a una presión de unos 200,000 kilopascales en presencia de una pequeña cantidad de oxígeno. El oxígeno rompe el etileno en radicales libres, que se combinan entre sí para formar cadenas de polietileno. Aproximadamente un uno por ciento de un gas no reactivo como propano se añade para evitar que las cadenas se vuelvan demasiado largas.
• 4 El PVC se polimeriza a partir de cloruro de vinilo, que puede obtenerse mezclando acetileno con ácido clorhídrico o etileno con cloro. El etileno se usa más comúnmente porque se obtiene eficientemente del cracking de nafta. Si se usa acetileno, primero debe sintetizarse calentando metano a unos 2732 °F (1500 °C) o mediante otras reacciones químicas. El cloruro de vinilo se mezcla con agua y agita para formar una suspensión, como aceite y vinagre para aderezo. Varios agentes suspendedores como almidón y gelatina se añaden para evitar que la mezcla se separe. La temperatura de la suspensión se eleva a unos 104 °F (40 °C) o 122 °F (50 °C) y se añade un iniciador, usualmente 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 horno.
• 5 El PVDC se polimeriza a partir de una mezcla de aproximadamente 15% cloruro de vinilo y 85% cloruro de vinilideno. Para producir cloruro de vinilideno, primero se hace 1,1,2-tricloroetano mezclando acetileno, ácido clorhídrico y cloro, o etileno y cloro. El 1,1,2-tricloroetano reacciona luego con hidróxido de calcio o sodio para producir cloruro de vinilideno. La polimerización del PVDC procede de manera muy similar al PVC.
• 6 El polietileno es naturalmente flexible, pero el PVC y PVDC deben tener plastificantes añadidos o serán duros y rígidos. Varios ésteres orgánicos e inorgánicos pueden usarse como plastificantes. Generalmente, el plastificante líquido se rocía lentamente sobre polvo de polímero seco y se calienta a unos 302 °F (150 °C) para formar una mezcla homogénea.

Fabricación del Film Plástico

• 7 El film plástico se fabrica por extrusión. En este proceso, gránulos de plástico se calientan hasta que se funden a unos 212 °F (100 °C) para polietileno y unos 392 °F (200 °C) para PVC y PVDC. El líquido se fuerza entonces a través de una matriz para formar un tubo de plástico cálido y estirable. A intervalos regulares, aire comprimido se sopla en el lateral del tubo en movimiento para formar grandes burbujas. Esto estira el plástico al grosor deseado. El plástico delgado se enfría rápidamente, y la burbuja se colapsa entre rodillos metálicos para formar una película. La película se enrolla en un gran rodillo metálico para formar un rollo que puede contener varios kilómetros de film plástico. La película en estos rollos se desenrolla, se corta a la longitud adecuada (usualmente unos 49 pies [15 m]) y ancho (unos 1 pie [0.33 m]), y se vuelve a enrollar en tubos de cartón pequeños. (Este enrollado, desenrollado y re-enrollado tiende a dar al film plástico una ligera carga estática negativa, que ayuda a que se adhiera). Los tubos de cartón de film plástico se colocan en cajas de cartón que tienen un borde serrado en la abertura para que el consumidor pueda rasgar la longitud deseada. Algunos también tienen un punto adhesivo en la caja para atrapar el borde del film plástico para que no se pegue al tubo. Las cajas de film plástico se apilan en cartones y se envían a minoristas.

Control de Calidad

Existen diversas pruebas estándar para asegurar que el film plástico sea efectivo. Las más importantes son 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 altamente absorbente de agua. Se cubre con una muestra de film plástico y se pesa. El plato se coloca entonces en una cámara con temperatura y humedad controladas. Tras un tiempo medido, el plato se pesa de nuevo. El aumento de peso muestra cuánto vapor de agua ha pasado a través del plástico. Esta prueba también puede hacerse 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 humedad relativa del 50%, a 90 °F (32 °C) con humedad relativa del 50%, y a 100 °F (38 °C) con humedad relativa del 90%.

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

La resistencia al impacto se mide dejando caer pesos de tamaño creciente sobre muestras de prueba hasta que la mitad se rompen, momento en que se registra el peso. También puede medirse llenando bolsas hechas del film plástico que se prueba con arena y dejándolas caer sobre una superficie dura desde alturas crecientes hasta que estallan. La altura en que esto ocurre se registra. La resistencia al impacto también se mide disparando una pequeña bola de acero impulsada por aire comprimido a través de una lámina de film plástico y midiendo cuánto la frena.

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

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

Preocupaciones Ambientales

Dado que el film plástico es difícil, si no imposible, de reciclar y rara vez se reutiliza, contribuye a los residuos. Un grupo de consumidores, considerando factores como la energía y materias primas necesarias para la fabricación, residuos liberados durante fabricación y eliminación, capacidad de reciclaje y cantidades típicas usadas, ha calificado el film plástico como "Bueno". En comparación, recipientes plásticos reutilizables fueron calificados "Excelente", bolsas plásticas "Muy Bueno", papel aluminio y bolsas de congelador "Bueno", y papeles de congelador "Pobre". Otra preocupación es la posibilidad de que la exposición a ciertos plastificantes en el film plástico pueda ser dañina. Estos químicos se absorben del film plástico en alimentos calientes y grasos. Aunque nunca se ha demostrado que causen daño en humanos, los plastificantes han probado causar cáncer cuando se administran en grandes cantidades a animales de laboratorio. El film PVC puede consistir en hasta un tercio de plastificantes, el film PVDC consiste en aproximadamente 10% plastificantes, y el film de polietileno usualmente no contiene plastificantes.