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Mayo / Junio 2013 Volumen 4, No. 3 www.alfaeditores.com buzon@alfaeditores.com
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ENTREVISTA Películas para empaque, un segmento en constante evolución Yasmín Gómez, Marketing Development Manager de Performance Plastics de la Región Norte de América Latina en Dow Chemical
PROCESOS & TECNOLOGÍA Reducción del consumo de energía y de la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) en el proceso convencional de fundición en arena por medio de la aplicación del nuevo proceso CRIMSON DAI Xiaojun, Mark Jolly y ZENG Binxu
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MATERIALES Síntesis de látex híbrido de poliuretano-acrílico con núcleocoraza, como adherente de tintas de pigmentos acuosos para impresión digital por inyección de tinta Jingfang Zhang, Xuefeng Li, Xinhao Shi, Mei Hua, Xingping Zhou y Xiaqin Wang
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SUSTENTABILIDAD Obtención y caracterización de películas de quitosano elaborado a partir de los desechos de la industria cangrejera Adrián Chávez Huerta, Marinela Colina Rincón, Ana C. Valbuena Inciarte y Adriana López
NOTAS DEL SECTOR
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Mediciones de color confiables para aumentar la eficiencia de su impresión y empaque. Envases biodegradables para el envasado de productos cosméticos y de parafarmacia. Soluciones de empaque y líneas de producción.
CONTENIDO
Editor Fundador Ing. Alejandro Garduño Torres Directora General Lic. Elsa Ramírez-Zamorano Cruz
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Consejo Editorial y Árbitros
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M. C. Abraham Villegas de Gante Dra. Adriana Llorente Bousquets Q.B.P. Ana María Ramírez Ornelas Dr. Arturo Inda Cunningham Dra. Consuelo Silvia O. Lobato Calleros Dr. Francisco Cabrera Chávez Dr. Felipe Vera Solís Dra. Herlinda Soto Valdez Dr. Humberto Hernández Sánchez Dr. J. Antonio Torres Dr. Jaime García Mena M. C. José Luis Curiel Monteagudo Dr. José Pablo Pérez-Gavilán Escalante Dra. Judith Jiménez Guzmán Lic. Julia León Cobo M. C. Ma. del Carmen Beltrán Orozco Dra. Ma. del Carmen Durán de Bazúa Dra. Ma. del Pilar Cañizares Macías Dr. Marco Antonio Covarrubias Cervantes Dr. Mariano García Garibay Lic. Pilar Meré Palafox M. C. Rodolfo Fonseca Larios Dra. Ruth Pedroza Islas Dr. Salvador Vega y León Dr. Santiago Filardo Kerstupp Dra. Silvia Estrada Flores Dr. Valente B. Álvarez Dirección Técnica Q.F.B. Rosa Isela de la Paz G. Dirección Comercial Lic. J. Gerardo Muñoz Lozano Prensa Lic. Víctor M. Sánchez Pimentel Ventas Cristina Garduño Torres Edith López Hernández Juan Carlos González Lora ventas@alfaeditores.com
Editorial
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Soluciones en Trazabilidad
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ISA Codificadores, S.A. de C.V.
Novedades
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ULMA GLOBAL PACKAGING Ulma Packaging, S.A. de C.V.
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Índice de Anunciantes
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ORGANISMOS PARTICIPANTES
CON EL RESPALDO DE:
OBJETIVO Y CONTENIDO El objetivo principal de TODOEMPAQUE es difundir la tecnología del empaque y embalaje del ramo alimentario, farmacéutico, cosmético, automotriz, industrial, etc. y servir de medio para que los técnicos, especialistas e investigadores de todas las áreas relacionadas con la industria, expongan sus conocimientos y experiencias. El contenido de la revista se mantiene actualizado gracias a la aportación del conocimiento de muchas personas especializadas en el área, pero además la tecnología que difunde es de aplicación práctica para ayudar a resolver los problemas que se plantean al pequeño y mediano industrial. TODOEMPAQUE se edita bimestralmente y es publicada por ALFA EDITORES TÉCNICOS, S.A. DE C.V., Av. Unidad Modelo No. 34, Col. Unidad Modelo, 09089, México, D.F. Tels./Fax: (55) 55 82 33 42, 78, 96 con 6 líneas. E-mail: buzon@alfaeditores.com, Web: www.alfaeditores.com Todos los derechos reservados. Impreso en Via Publicaciones, S.A. de C.V. Prohibida la reproducción total o parcial, sin permiso escrito del editor. El contenido de los artículos firmados es responsabilidad del autor. El contenido de los artículos sin firma es responsabilidad de la editorial. La veracidad y legitimidad de los mensajes contenidos en los anuncios publicados en esta revista son responsabilidad de la empresa anunciante. Se aceptan colaboraciones. No se devuelven originales. Se acepta intercambio de publicaciones similares. Certificado de Licitud de Título en trámite • Certificado de Licitud de Contenido en trámite. Reserva No. 04-2009-112013535700-102 expedida por el Instituto Nacional del Derecho de Autor, Registro Postal PP09-1791
EDITORIAL
Películas para empaque, un mercado en busca de la sustentabilidad
Con el objetivo de exponerle tan sólo una parte de la actual relación entre los plásticos y el embalaje, dedicamos esta edición de TodoEmpaque a las películas para empaque, uno de los nichos donde se desarrollan conocimiento y tecnología de manera exhaustiva para generar soluciones que beneficien al consumidor final, al ofertarle productos cuya calidad se ve mejorada con la implementación de resinas innovadoras en el envase. Por ello, en este número encontrará una interesante entrevista con Yasmín Gómez, Marketing Development Manager de Performance Plastics de la Región Norte de América Latina de Dow Chemical, quien expuso los hechos más trascendentes de la evolución de las películas plásticas para empaque, así como las principales tendencias en el mercado de estos insumos. Igualmente, incluimos tres artículos que detallan novedosas prácticas aplicables en la industria de las películas para empaque, en torno a la síntesis de látex híbrido de poliuretano-acrílico como adherente de tintas de pigmentos acuosos, la reducción del consumo de energía y de la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) en el proceso convencional de fundición en arena, y el reaprovechamiento de los desechos cangrejeros para obtener películas de quitosano; además de nuestras útiles secciones de Novedades y Calendario de Eventos. Sea bienvenido a la edición de TodoEmpaque correspondiente a mayo-junio de 2013; esperamos que los contenidos aquí presentados le resulten de utilidad al momento de definir el tipo de empaque que requerirán sus productos, más cuando la naturaleza de los mismos exige la implementación de películas. Gracias por permitirnos ser su fuente confiable de información.
Elsa Ramírez-Zamorano Cruz Directora General
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A decir del titular de la AMEE, los fabricantes se esfuerzan cada vez más por reducir los espesores para manufacturar sus empaques y mejorar tales contenedores sin tener que ocupar mayores cantidades de resina; sin embargo, esa búsqueda se acompaña de las necesidades de sus clientes, entre ellos productores de alimentos y medicinas, quienes además de ahorros en las materias primas exigen mayores propiedades de barrera, tiempos de vida más prolongados y que los materiales a emplear en sus envases sean amigables con el medio ambiente (biodegradables o de fácil separación). Entonces, el reto es doble.
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En una de sus participaciones, el Ing. José del Cueto, Presidente de la ANIPAC, y el Lic. Hiram Cruz, Director General de la Asociación Mexicana de Envase y Embalaje A. C. (AMEE), destacaron que aproximadamente el 50% del plástico que se produce en la República Mexicana se destina para empaque y embalaje, sector que se estima experimentará un crecimiento del 5.3% durante este 2013, cifra superior al 4.2% registrado en 2012, año en el que el gremio envasador nacional alcanzó una producción de 9.5 millones de toneladas de recipientes.
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Con motivo de la realización de Plastimagen 2013, la feria más importante para el sector del plástico en México y Latinoamérica, la Asociación Nacional de Industrias del Plástico A. C. (ANIPAC) sostuvo distintos encuentros con medios de comunicación para revelar datos tanto de aquel evento como del estado actual de la industria.
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SOLUCIONES EN TRAZABILIDAD Junio 2013
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Soluciones en Trazabilidad
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Actualmente existe una marcada necesidad de contar con productos que puedan cumplir las necesidades de información, sobre número de lote, fecha de caducidad, número de parte, productor, modelo, así como cualquier otra información relevante para el departamento aduanal y en última instancia, el consumidor. Y es debido a esta amplia gama de aplicaciones y necesidades, que en ISA CODIFICADORES, ponemos a su disposición los equipos más modernos para cumplir con los requerimientos que les piden al momento de exportar. No importa si su producto es grande, pequeño, duro, flexible, fuerte, delicado, siempre podrá contar con la experiencia que desde hace más de 10 años respalda a nuestra empresa. En ISA CODIFICADORES tenemos la solución a sus problemas de trazabilidad, marcaje, codificación de producto, ya se trate de etiquetas de transferencia térmica por ribbon o directa, inyección de tinta térmica, lo más moderno en codificación de alta resolución y por supuesto codificación y marcado por medio de láser, ya sea en CO2 o Fibra Óptica.
SOLUCIONES EN TRAZABILIDAD
FLEXIBILIDAD EN UNA ETIQUETA Pese a que ninguna tarea es igual a otra, la tecnología de identificación de las impresoras CAB está presente en prácticamente todos los sectores. Estos equipos se utilizan en comercios y en industrias, donde trabajan bajo duras condiciones, así como en la prestación de servicios. No solo es el diseño de equipos de codificación, sino también la creación de soluciones. Integrando de forma precisa y segura la tecnología de identificación de CAB en su entorno empresarial.
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IMPRESIÓN DE ALTA RESOLUCIÓN
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Los equipos Anser U2, son codificadores de alta resolución para materiales porosos y no porosos; con una construcción robusta en aluminio, utilizan cartuchos de tinta de alto rendimiento, imprimen en altas velocidades y con gran precisión códigos alfanuméricos, cronológicos, caducidad, serializadores, códigos de barra en 1D y 2D; son equipos libres de mantenimiento, se adaptan a sus necesidades de impresión y de su presupuesto. Ideales para marcar cartón, PVC, e incluso madera, este sistema ofrece la mejor respuesta para integrar procesos donde se requieren impresiones rápidas y con información variable. Estos equipos ya no requieren de mantenimiento en su línea de producción, lo que significará tener su área de producción siempre limpia. Su manejo es tan sencillo como operar un control remoto, además de la portabilidad de información en su tarjeta de memoria SD. Con cartuchos de tinta de diferentes colores la información siempre será visible y legible.
CODIFICACIÓN A LA VELOCIDAD DEL LÁSER Equipo ideal para el marcado permanente de alta velocidad en materiales orgánicos e inorgánicos: metales, plásticos, resinas, cristal, cerámicas, papel, madera, cuero, etcétera. No requieren consumibles, excelente aprovechamiento de la energía, capacidad de integración a líneas de producción automatizadas, marcando la fecha de producción, número de serie y cualquier otro elemento, en diversas industrias como en la de medicina, el tabaco, las bebidas y alimentos. Aplicándose ampliamente en diferentes materiales tales como PVC, PET, plástico, vidrio, papel, etcétera. Así como en materiales metálicos, esta tecnología brinda un fino marcado y alta eficiencia a un bajo costo de consumo.
CERCANÍA En ISA Codificadores nos gusta estar a la vanguardia de la tecnología y también ofrecer un servicio rápido a nuestros clientes, por eso hemos desarrollado una amplia red de sucursales y centros de servicio en toda la república, siempre pendientes de las necesidades de nuestros clientes. ISA Codificadores soluciones avanzadas en codificación.
Matriz: Puerto Ensenada 39 Col. Miramar 45060 Zapopan, Jalisco info@isacodificadores.com.mx www.isacodificadores.com.mx
NOVEDADES Junio 2013 Mayo
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Cereplast patenta nanopolímeros biodegradables
La Oficina Norteamericana de Patentes y Marcas Comerciales ha otorgado una patente solicitada por la firma de bioplásticos sustentables Cereplast, para legitimar la originalidad de sus nanopolímeros biodegradables. Al respecto, Cereplast describió el hecho como una “patente significativa para la compañía y para el campo de polímeros biodegradables”, dentro de los cuales el desarrollo de la empresa es “el primero de su clase”. La patente describe compuestos biodegradables, incluyendo ácido poliláctico y otros elementos, que se incorporan en nanofibras que logran las propiedades físicas y térmicas del material, lo cual trasciende porque los materiales biodegradables son ampliamente conocidos por sus limitaciones térmicas y físicas. Frederic Scheer, Presidente y Director Ejecutivo de Cereplast, comentó sobre la noticia que “proteger la propiedad intelectual de la compañía es una gran prioridad y una parte importante de nuestra estrategia de crecimiento a largo plazo, como el que se estén creando nuevos tipos de resinas bioplásticas que expanden las propiedades disponibles.
SABIC lanza resinas con elevada pureza y propiedades ópticas superiores SABIC, fabricante de insumos plásticos, ha puesto en el mercado una nueva gama de productos para la producción de calidades especializadas en películas de LDPE (Polietileno de Baja Densidad) de media densidad (MD), para aplicaciones con alta transparencia y rigidez. A decir de la firma, con esta variedad de insumos los transformadores y sus clientes finales se beneficiarán del desarrollo de la resina SABIC LDPE 2801TH00W, cuyas principales características son una elevada pureza y propiedades ópticas superiores, así como un excelente procesamiento, resistencia a la perforación y fácil manipulación en la sección de corte.
alta calidad, su atractivo aspecto y sus excelentes características de procesamiento, nuestras nuevas películas LDPE de MD fomentan la sostenibilidad de los embalajes”. Cabe destacar que durante la fase previa a la comercialización, algunos clientes de SABIC realizaron pruebas con la nueva resina SABIC LDPE 2801TH00W en sus respectivos mercados. Las impresiones, sobre todo en cuanto a la calidad, fueron positivas, destacando la superioridad de las propiedades ópticas del producto.
RPC presenta el tarro ‘Bear’
El nuevo material, que es el grado inicial de LDPE de MD de SABIC, es el primer producto de una serie planificada de calidades innovadoras en la gama de densidades de 928 a 935 g/cm3. Sobre el lanzamiento, Ben Raven, Ingeniero Técnico de Marketing de SABIC, detalló: “Vamos por buen camino en la ampliación prevista de las prestaciones de Teesside (Reino Unido), destinada a ofrecer a nuestros clientes europeos una gama de materiales especializados para el sector de embalaje de productos de alimentación, bebidas y cuidado personal. Además de su
RPC Containers Corby, uno de los principales proveedores mundiales de productos rígidos de embalaje y envases de plástico, ha lanzado un nuevo tarro multicapa para el sector de alimentos y bebidas, que combina una vida útil más extensa a temperatura ambiente con una mayor seguridad en el entorno de la cocina, además de que ofrece mayores eficacias de transporte. El nuevo tarro Bear, de 4 kg, cuenta con una estructura de PP/EVOH/ PP multicapa y puede llenarse en
Estudio asegura que el empaque afecta el sabor de las papas fritas
De acuerdo con Spence, los encuestados tanto del Reino Unido como de Colombia, usualmente elegían el sabor del empaque en lugar del sabor de la botana, y generalmente inclinaban su decisión hacia sus marcas favoritas, por lo que los participantes ingleses, quienes prefieren las Walkers, degustaron sabor a queso y cebolla cuando comían papas contenidas en un paquete azul.
NOVEDADES
“Nosotros ya estábamos llevando a cabo una investigación sobre cómo el color afecta la percepción del sabor, por ejemplo el color del plato, y entonces me di cuenta de que mis familiares colombianos se confundieron al comprar chips (papas fritas) en el Reino Unido. Ellos fueron por botanas verdes esperando un sabor limón, ya que eso significa el color verde del empaque de
El estudio también utilizó la marca Walkers debido a la reversión del color, pues Walkers utiliza el azul para queso y cebolla y el verde para sal y vinagre, lo opuesto a otras marcas de papas fritas más famosas.
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papas fritas en Colombia”, dijo.
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Por otra parte, el tarro es resistente a las roturas, en concordancia con las recomendaciones de la HACCP (en español; Análisis de Peligros y Puntos Críticos de Control), permite volverse a cerrar herméticamente para evitar derrames y puede guardarse en el refrigerador tras su apertura, reduciendo así el desperdicio de comestibles.
Spence detalló que, junto con Betina Piqueras-Fiszman y Carlos Velasco, utilizó 24 participantes colombianos y 24 británicos para investigar las asociaciones cruzadas (cross-modal) entre el color del empaque del producto y la variedad de sabores en las papas fritas.
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caliente, pasteurizarse y esterilizarse a temperaturas de hasta 121 °C. Su capa de barrera EVOH (EtilenVinil-Alcohol) impide la entrada de oxígeno para ofrecer una larga vida útil para los alimentos sensibles a dicho elemento.
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Un nuevo estudio dirigido por Charles Spence, profesor de Psicología Experimental de la Universidad de Oxford, explicó cómo el empaque afecta la percepción del sabor de las papas fritas, lo cual ayudará a los propietarios de marcas a adaptar sus productos a las preferencias de los consumidores, afirmó el autor.
ENTREVISTA Junio 2013 Mayo
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Yasmín Gómez
Marketing Development Manager de Performance Plastics de la Región Norte de América Latina en Dow Chemical
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Películas para empaque, un segmento en constante evolución
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as industrias de alimentos y farmacéutica, entre otras, requieren soluciones de embalaje acorde a las necesidades de su producto y a la región geográfica en donde será ofertado, a través de empaques que además sean atractivos para sus consumidores y cumplan con altos estándares de protección. Cuando se trata de empaque flexible, las soluciones en el mercado son amplias, sin embargo son pocos los materiales paradigmáticos que han definido la evolución de esta industria. A menudo, cuando se busca utilizar películas para empaque, los fabri-
cantes se basan en procedimientos de embalaje elaborados por países desarrollados o adoptan las sugerencias del proveedor de los equipos empleados, pero tales generalidades probablemente no resulten del todo convenientes para el productor, quien tiene que analizar las ventajas de sus opciones en cuanto a propiedades mecánicas (resistencia a la ruptura, al impacto y los coeficientes de fricción de los materiales) y propiedades de barrera (permeabilidad al vapor de agua, cómo varía con la temperatura y cómo afecta a la vida útil del producto en cuestión).
ENTREVISTA Junio 2013 Mayo
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Desde 1993, Dow Chemical ha sido una empresa acreedora a distintos premios en el ámbito de materiales para empaque.
Conforme han ido evolucionando tanto la química como otras ciencias, la industria del empaque flexible ha desarrollado soluciones que trascienden el clásico celofán inventado en 1908 por el suizo Jacques Edwin Brandenberger, hasta contar actualmente con materiales biodegradables o fácilmente reciclables. Con el objetivo de exponer los principales avances dados dentro del sector productor de películas para empaque, en este número de TodoEmpaque le presentamos una entrevista con Yasmín Gómez, Marketing Development Manager de Performance Plastics de la Región Norte de América Latina en Dow Chemical, quien además describió lo que para ella son las tendencias más recientes en esta industria que constantemente está buscando soluciones con mayores prestaciones y menores costos.
Momentos clave En la historia de los materiales plásticos, Dow Chemical ha aportado resinas que después son transformadas en películas, a través de tecnologías como la INSITE (parte de la gama de la compañía), creada en 1991 y que “llegó para quedarse” a decir de la entrevistada, pues trascendió una serie de paradigmas al lograr fabricar productos en los cuales se permite utilizar materiales que antes no se podían emplear en una sola creación, con excelentes propiedades de sello, ópticas y mecánicas. Tiempo después, de este avance se derivó toda la gama de empaques metalocenos. Para 1996, la innovación fueron los polietilenos mejorados (conocidos como ELITE dentro del portafolio de Dow Chemical), que empezaron a combinar ventajas de sello, tenacidad y rigidez que antes no se podían encontrar en un mismo producto; “previo a esto, básicamente se utilizaban las mismas resinas desarrolladas en los años treinta (de baja y alta densidad) y mejoradas en la década de los setenta (resinas lineales)”. Actualmente, tanto la tecnología INSITE como los productos ELITE son ampliamente utilizados en el mundo.
Para la entrevistada, el material más utilizado hoy en día en la fabricación de empaques flexibles es el polietileno, “porque con él es posible hacer películas de coextrusión o laminación procurando algo que es muy importante: la protección y el sello. Brinda protección porque con sus propiedades mecánicas va a cuidar la integridad del contenido -que finalmente es el principal valor de los productos que cualquier persona adquiere-, mientras que su sello hermético es muy confiable para evitar derrames o pérdidas de producto”. “Algo que se está utilizando mucho son las películas de barrera antes mencionadas pero ‘saranizadas’ (implementando Sarán, que es el Cloruro de Polivinilideno creado por Dow Chemical) o con coextrusiones de siete o más capas, donde participan materiales como el EVOH o poliamidas. Al respecto, cabe mencionar que el Sarán es el insumo con la protección más alta en nuestros días, pues ofrece la mejor combinación de barreras al oxígeno y a la humedad; dependiendo del tipo de alimento es una alternativa viable, que principalmente se emplea en el empaque de cárnicos y
“Todas estas resinas de barrera siempre van a requerir estar acompañadas de polietileno, para poder brindarles el res-
“Cuando uno habla de barrera, siempre es importante diferenciar contra qué queremos proteger nuestros productos: humedad, luz UV (ultravioleta) u oxígeno, dependiendo de ello se utilizan distintos tipos de materiales”.
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ENTREVISTA En lo que respecta al EVOH, algo a resaltar es que se trata de una resina de barrera muy efectiva para hacer frente al oxígeno, por lo que ha facilitado que se desarrollen empaques para alimentos muy críticos como los lácteos de larga vida. Mientras que la poliamida presenta una excelente resistencia térmica y barrera al oxígeno, razón por la cual es un material ampliamente utilizado en los empaques termoformados, de los que también se sirven las industrias cárnica y quesera.
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Los empaques de hoy
quesos, que son de altísima exigencia”. En regiones de alta humedad, como sitios costeros, el Sarán tiene ventajas sobre otros polímeros de barrera (EVOH o poliamidas, por ejemplo).
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A decir de Yasmín Gómez, “todas las nuevas tecnologías de barrera en empaque flexible se perfeccionaron cuando se crearon las tie layers (resinas de unión), que empezaron a permitir la adhesión de un polietileno con resinas de barrera como las EVOH (de Etilen-Vinil-Alcohol) y poliamidas, que no tenían la misma polaridad y por lo mismo no era factible combinarlas. Digamos que todos estos desarrollos fueron desplazando a otras resinas que no evolucionaron, pero que anteriormente eran muy utilizadas en el mercado y que con el paso del tiempo fueron decayendo en la industria de empaques flexibles, especialmente en el segmento alimentario”.
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to de propiedades que necesita un empaque: de sello, ópticas y de resistencia mecánica”, comentó Yasmín Gómez. Cuando se trata de alimentos secos resulta trascendente la barrera a la humedad y a la luz UV, en esos casos se utilizan resinas más estándar que pueden ser de polietileno de alta densidad o polipropilenos, así los productos mantienen sus propiedades organolépticas y crocancia. Para el caso de los medicamentos, la entrevistada destacó que es una industria que comparte muchos materiales de empaque con el sector alimentario, pero que dependiendo del país donde se produzcan las medicinas y sus regulaciones –que son mucho más estrictas que las aplicables a los fabricantes de alimentos y bebidas-, se pueden utilizar productos termoformados (como PVC, PVDC o poliamidas) y foil de aluminio para la cobertura de las tabletas.
Los consumidores están cada vez más atentos a las tendencias sustentables que se dan en la industria de empaque y embalaje, con el propósito de contribuir con el medio ambiente y la economía local.
“La industria farmacéutica es más conservadora porque siempre está requiriendo altas barreras, y en ese caso se usan recursos más convencionales. Sin duda, donde más innovaciones se han dado es en los sectores alimentario y de cuidado personal y del hogar; en esos casos se pasa del vidrio o metal al plástico, y del plástico rígido a empaques flexibles”, apuntó. “Otras innovaciones de uso reciente son las películas microespumadas, que tienden a mantener espesor, cuerpo y rigidez pero con un menor consumo de material por metro cuadrado; son soluciones ligeras pero que cuando las tocas compruebas que en realidad son estructuras rígidas”.
Tendencias presentes y futuras La experta explicó que los empaques tipo Stand Up Pouch monomaterial, que son la evolución de antiguas laminaciones de dos sustratos diferentes (por ejemplo PET y polietileno), son una de las principales tendencias en el mercado de empaques flexibles, y que ahora incursionan en hacer dos laminaciones de polietileno o una monoestructura compuesta por varias capas. “Permiten pasar de un bicomponente a un monocomponente o monomaterial que es fácilmente reciclable. En los
“Igualmente, el uso de películas o aditivos biodegradables es algo que viene creciendo en el mundo, pero aún siguen representando un porcentaje muy pequeño de entre la gama de soluciones disponibles. En el caso de Dow Chemical, se busca trabajar bajo la premisa de las ‘tres erres’ (3R’s - reducir, reciclar y reusar), partiendo de esa idea se están desarrollando nuevos diseños de empaque que tengan menores gramajes, sean monomateriales y se puedan reciclar o no involucren dobles empaques. En ese sentido, se está tratando de educar y crear conciencia compartiendo el conocimiento que Dow maneja en el área de polietilenos, empaques y embalajes”. Por último, la ejecutiva de Dow Chemical considera que la principal tendencia que atraerá la atención en los próximos años son los empaques inteligentes, que por sí solos alertarán a los consumi-
*Agradecemos el apoyo de Dow Chemical para la realización de esta entrevista, así como por haber facilitado el material gráfico para ilustrar su publicación.
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Hay también tendencias a desarrollar más películas de barrera, cortar cadenas de frío y disminuir costos de consumo energético y transporte (mediante materiales más livianos). Este último punto lleva bastantes años atendiéndose, pero con el aumento de la población global no se había vislumbrado tan claramente como una necesidad importante por cubrir, más en países emergentes como los asiáticos y latinoamericanos.
dores sobre cuándo consumir un producto (en el caso de alimentos y medicamentos) antes de que éste caduque. “Mientras que en las frutas y vegetales estaríamos viendo empaques con mayor respiración, para que esos alimentos perecederos tuvieran un tiempo de anaquel más largo”, concluyó.
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Por otra parte, una segunda tendencia es que actualmente los fabricantes buscan cubrir necesidades de conveniencia, facilidad de uso, portabilidad y sostenibilidad, que “es uno de los requisitos más solicitados hoy en día en el sector de empaque y embalaje”.
“El consumidor como tal busca cada vez más funcionalidad y conveniencia del uso del empaque, así como las aportaciones sustentables del mismo, porque existe el interés por saber de qué material está hecho”.
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empaques tipo Stand Up Pouch tradicionales se usan diferentes materiales y sustratos sin posibilidad de ser separados para su reciclaje o reutilización”.
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Reduction of Energy Consumption and GHGs Emission in Conventional Sand Casting Process by Application of a New CRIMSON Process
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Reducción del consumo de energía y de la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) en el proceso convencional de fundición en arena por medio de la aplicación del nuevo proceso CRIMSON
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DAI Xiaojun1, Mark Jolly1 y ZENG Binxu1
Escuela de Ingeniería Mecánica, Universidad de Birmingham, Edgbaston, Birmingham, B15 2TT, Reino Unido. 1
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RESUMEN En el proceso de fundición convencional, los ingenieros generalmente consideran la calidad de la parte del moldeado como el tema esencial, y el consumo de energía y la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) como los temas auxiliares. Comúnmente, esto causa un gran consumo de energía como resultado de los procesos ineficientes de fundición utilizados y aumentan los costos de producción y la contaminación ambiental. Este estudio presenta el nuevo proceso CRIMSON; se compararon las instalaciones y el proceso de fundición con los hornos convencionales de fundición y los procesos de fundición de aleaciones de aluminio. Se investigó un caso real para revelar cuantitativamente la manera en que la fundición convencional gasta energía y aumenta las emisiones de GEI, y cómo el mejoramiento de la eficiencia energética y la reducción de emisiones de GEI se puede lograr utilizando el nuevo proceso CRIMSON. Los resultados de esta investigación ayudarán al ingeniero de fundición a reconocer la importancia del ahorro de energía y de la protección ambiental y le muestra cómo utilizar este nuevo procedimiento para reducir los costos de producción y la huella de carbono sin disminuir la calidad del moldeado.
Palabras clave: Aluminio; consumo de energía; CRIMSON; emisiones de GEI; fundición; horno; moldeado en arena.
ABSTRACT In conventional foundry, engineers generally consider the quality of casting part as the most essential issue and regard the energy consumption and Green House Gas (GHGs) emission as the auxiliary ones. This usually causes large amount of energy consumption as a result of the inefficient casting processes used and increases the production costs and environmental pollution. This paper presents the new CRIMSON process where its facility and melting process were compared with conventional melt furnaces and aluminium alloy melting process. An actual case was investigated to reveal quantitatively how the conventional foundry wastes energy and increases GHGs emission, and what the improvement of energy efficiency and the GHGs emission reduction can be achieved using the new CRIMSON process. The results of this investigation will help the foundry engineer recognize the importance of energy saving and environmental protection and show
En la industria de la fundición del metal, la fundición de aluminio es un proceso de alta demanda energética en el cual se calcula que el consumo de energía es de 1,700-4,700 kWh por tonelada con la utilización de crisol y gas natural [1]. En el Reino Unido, la mayoría de las fundidoras utilizan electricidad, gas y petróleo como fuentes de energía en los procesos de fundición de aluminio [2]. Debido a la presión por el aumento del costo energético y a la restricción de las rígidas legislaciones sobre protección ambiental, está comprobado que,
La reducción de emisiones de GEI y la protección del ambiente son otros problemas vitales que está enfrentando la industria de la fundición. Se describió que al consumir cada MWh de gas natural en la producción de moldes de aluminio, la emisión de GEI
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INTRODUCCIÓN
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Key words: Aluminium; CRIMSON; energy consumption; furnace; GHGs emission; melting; sanding casting.
bajo las condiciones socioeconómicas correctas, la optimización de la eficiencia de los procesos industriales puede ser un paso importante hacia una mayor sustentabilidad industrial [3]. En la industria de la fundición del metal, el consumo de energía de las instalaciones de fundición depende principalmente de la eficiencia de las etapas de fundición y de tratamiento de calor. En conexión con ambos rendimientos, más del 60% del consumo total de energía en el proceso, se representa en una instalación típica de fundición [4] donde la industria de la fundición del metal tiene muchas oportunidades de elegir las mejores prácticas energéticas que harían posible el gran ahorro de energía y la reducción de la emisión de GEI.
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how to utilise this new process to reduce production costs and carbon footprint without decreasing the quality of the cast part.
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produce 182.80 kg de CO 2, 0.22 kg de NO x y 0.0047 kg de partículas (al producir una tonelada de moldes de aluminio, las emisiones de GEI en el aire, relacionadas con la combustión, son 304.51 kg de CO2, 0.21 kg de CO, 0.96 kg de SO x, 0.63 kg de NO x, 0.85 kg de orgánicos y 0.27 kg de partículas) [5]. Por esta razón, la implementación de un nuevo proceso para reducir el consumo de energía y las emisiones de GEI, aumentar la eficiencia energética y mejorar la calidad de los moldeados puede ayudar drásticamente a la industria de la fundición a promover la competitividad y reducir la contaminación ambiental. Por ejemplo, la implementación de algunas tecnologías novedosas como el proceso CRIMSON en el proceso de fundición en arena proveerá dicha oportunidad. El proceso patentado, CRIMSON (Constrained Rapid Induction Melting Single Shot Up-Casting, en español Método de fundición rápida por inducción forzada de una sola carga), fue co-inventado por los investigadores e ingenieros de la Universidad de Birmingham y la compañía N-Tec. Los objetivos de desarrollar este proceso son reducir el consumo de energía y mejorar la calidad de la fundición dentro de la industria de la fundición de metales ligeros. Después de implementarse
exitosamente en el área de fundición de metales ligeros, este proceso se aplicará en otro tipo de aleaciones. La metodología del nuevo proceso es que las fundidoras, utilizando un horno de inducción, necesitan fundir únicamente la cantidad de metal requerida para llenar un solo molde en un crisol cerrado en lugar de grandes lotes que utilizan energía innecesaria y crean más artículos defectuosos. Como se muestra en la Figura 1, el crisol cerrado después se transfiere a una estación y se inserta el metal fundido utilizando un método de llenado anti-gravedad controlado por computadora para llenar el molde. Debido a las características de fundición rápida, al desplazamiento y llenado rápido en el nuevo proceso, se minimiza el tiempo de retención del metal líquido, se logra ahorrar una gran cantidad de energía, y mientras tanto, se reduce enormemente la oportunidad de absorción de hidrógeno y la formación de la capa de óxido en la superficie [6]. Se investigó el proceso tradicional de fundición de una compañía local y se comparó con el nuevo proceso en este estudio. Nos enfocamos principalmente en el consumo de energía y la emisión de GEI de los procesos de fundición; se investigarán otros problemas en otro momento de nuestro proyecto de investigación. El cálculo
Figura 1. Horno de inducción del proceso CRIMSON. Palanca de reacción
Celda de carga conectada a procesador de datos
El billet de aluminio se encuentra debajo y presionando la palanca de reacción
Soporte
Manivela para ajustar la altura
Punto de giro Viga de cemento
Crisol
Billet (lingote) cargado, celda de carga esperando ser bajada a posición.
Horno de inducción Billet de aluminio listo para fundir
El proceso CRIMSON El diseño de las instalaciones del nuevo proceso de fundición se presenta en la Figura 3, cuyas funciones y características son:
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Proceso convencional de fundición en Grainger & Worrall Ltd. El taller para la producción de partes de fundición de calidad superior en Grainger & Worrall (G&W) Ltd., actualmente utiliza un tipo de horno de fundición (Figura 2) con procesos de fundición combinados, en los que el
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INVESTIGACIÓN SOBRE EL CONSUMO DE ENERGÍA Y LA EMISIÓN DE GEI
área de fundición principal funciona como horno de reverbero y se utiliza gas para precalentar y fundir lingotes de aluminio; después de que se funde la aleación de aluminio, ésta fluye a través de un canal inclinado a un área de refinación en donde se utiliza un horno de resistencia eléctrica. La aleación de aluminio líquido refinado se retiene en el horno de resistencia eléctrica. El “vertido” se logra utilizando una bomba electromagnética para bombear el metal líquido al molde en el proceso llamado “Proceso Cosworth”. En este taller, hay dos hornos que utilizan este tipo de procesos combinados de fundición para la producción de dos tipos de aleaciones de aluminio, A354 y A357. La capacidad de ambos hornos es de 4 toneladas. El tiempo de retención de cada horno es de hasta 4-5 días. La temperatura de sobrecalentamiento de la aleación de aluminio A354 es 760 °C. La temperatura de vertido de la aleación de aluminio fundido es 700 °C.
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y análisis del consumo de energía y la emisión de GEI se completaron para ver la diferencia entre los procesos de fundición existentes y el nuevo proceso. Por consiguiente, se pudo determinar el potencial de ahorro de energía y la reducción de emisión de GEI para el nuevo proceso. Esta comparación es sólo una de entre tantas llevadas a cabo bajo el apoyo del Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC, por sus siglas en inglés) al proyecto, por medio del cual se evaluarán por comparación cuatro procesos convencionales de fundición, en base a su uso de energía y tasa de desechos.
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Bomba electromagnética
Área de retención del material fundido
Área de fundición por gas
Calentamiento por resistencia eléctrica
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Figura 2. Esquema del horno de fundición de aluminio en G&W Ltd.
Desgasificador giratorio
Solera seca
Figura 3. Plan esquematizado de las instalaciones del nuevo proceso de fundición.
24 Parada de transferencia
Dispositivo de abastecimiento de electricidad
Máquina de colada ascendente
Molde
Horno de inducción
Tablero controlado por computadora
Máquina de colada ascendente: Cuando está listo el crisol con el metal fundido dentro, se mueve y se sujeta en la posición correcta en la máquina de colada ascendente y se coloca un molde en la parte superior de la posición de vertido; se eleva un émbolo en la máquina y empuja el metal fundido del crisol en el molde.
•
Tablero controlado por un programa de cómputo: el movimiento del émbolo en la máquina de colada
Parada de transferencia de molde: después del vertido, enfriamiento y solidificación, el molde puede moverse a la parada de transferencia a esperar el desmolde y la limpieza.
Muestra de fundición Se seleccionó un molde de “barra de prueba” para utilizar en el nuevo proceso y examinar su consumo de energía y la emisión de GEI. El diseño de la barra de prueba con un sistema de colada se muestra en la Figura 4 y tiene un diseño de 530 mm de largo x 390 mm de ancho x 100 mm de alto, con un peso de 4 kg [7]. G&W actualmente utiliza procesos de fundición tradicionales en resina y arena para producir componentes de fundición normales y el proceso de fundición Cosworth se selecciona particularmente para producir componentes de alta calidad.
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ascendente, es automáticamente controlado por un software previamente programado.
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Horno de inducción de alta potencia (275 kW): se utiliza para calentar rápidamente y fundir el metal a la temperatura requerida de vertido. Comúnmente, se coloca un billet (lingote) del tamaño requerido y la cantidad calculada de metal, cuya composición también debe ser consistente con el componente de fundición que será vertido y producido.
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de los cálculos, se asume que los lingotes de aluminio utilizados en los hornos de crisol y de inducción son de aluminio puro.
Figura 4. Molde de la barra de prueba con sistema de colada.
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El sistema es considerado en estado estable continuo, lo que incluye el flujo de combustible, velocidad de flujo del aire, velocidad de fundición, parámetros del conducto de gas y conducción térmica a través de la pared del horno.
•
El combustible y los productos de combustión se comportan como mezclas de gas ideal.
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Para la temperatura ambiental y la presión se toman como estándares: 25 °C y 1 atm, respectivamente, lo cual también se aplica para el gas, aire de combustión y lingotes de aluminio.
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El consumo de energía eléctrica únicamente aplica a la parte del calentamiento por inducción en hornos de inducción; no se aplica a los motores y a los dispositivos de control que son descartados por el cálculo y simplicidad convenientes.
•
La composición del gas natural se considera como propano puro debido a la pequeña cantidad de N2, CO2, H2S y H2O que contiene.
•
El metal perdido en los desechos es descartado debido a la sencillez de los cálculos.
ANÁLISIS TERMODINÁMICO, CONSUMO DE ENERGÍA Y EMISIÓN DE GEI Análisis termodinámico del horno Los procesos de fundición del aluminio, tanto en horno de crisol como de inducción, involucran fenómenos físico-químicos complejos como la combustión de gas, la generación de desechos, el cambio de fase y la transferencia de calor (radiación, conducción y convección). Algunos de los parámetros termodinámicos se pueden medir fácilmente, como la temperatura y la presión; al mismo tiempo algunos parámetros son difíciles de medir, como la pérdida de calor en forma de radiación y convección. Sin embargo, es posible realizar el análisis termodinámico del consumo de energía durante el proceso de fundición en un crisol o un horno dependiendo de los resultados de las pruebas [8]. Estos resultados y el análisis termodinámico relacionado pueden ser una referencia para ayudar a la industria de la fundición a mejorar la eficiencia energética y disminuir la emisión de GEI. En este estudio, se utiliza un horno de fundición/retención de aluminio de una compañía local (G&W Ltd.) y un horno de inducción en el proceso CRIMSON para llevar a cabo las pruebas y el análisis termodinámico. Los esquemas del balance de energía en el horno de fundición de aluminio de G&W Ltd. y CRIMSON se muestran en las Figuras 5 y 6, respectivamente. La prueba y el análisis de la eficiencia energética se basan en las siguientes suposiciones: •
Las propiedades de la aleación A354 son diferentes de las del aluminio puro. Con base en la simplicidad
El balance de energía del horno en G&W en la Figura 5, puede ser expresado como [9]: Ein = Eout (1) Ein = Efuel + Eingot + Ecomb air (2) Eout = Emelt + Qmis = (Eingot + ΔEal ) + Qmis
(3)
Qmis = Ein - ΔEal (4) η = ΔEal / Efuel (5) donde, • Ein es la entrada de energía del sistema del horno; • Eout es la salida de energía del sistema del horno; • Efuel es la energía generada a partir de la combustión del combustible;
•
El equilibrio energético del horno de inducción del nuevo proceso en la Figura 6, puede expresarse de forma un poco diferente: las ecuaciones (1) y (4) son las mismas; (2), (3) y (5) pueden modificarse de la siguiente manera: Ein = Eelectricity + Ebillet (6) Eout = Emelt + Qmis = (Ebillet + ΔEal ) + Qmis
(7)
η = ΔEal / Eelectricity (8)
Debe señalarse que las fundidoras convencionales comúnmente obtienen los lingotes de aluminio con un corte transversal trapezoidal que proviene de la industria primaria. La calidad de este tipo de lingote generalmente es baja debido al comportamiento de flujo severo y caótico del fundido durante el procedimiento primario de producción. El nuevo procedimiento requiere que el billet sea de corte transversal redondo y de buena calidad para encajar mejor en el crisol del horno de inducción. En la etapa actual, no es práctico que los proveedores proporcionen este tipo de billet debido a la pequeña cantidad de requisitos. Sin embargo, después de contactar con diferentes proveedores de billet por enfriamiento directo en el Reino Unido, es probable que provean los billets con corte transversal redondo
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donde, • Eelectricity es la energía generada a partir de la electricidad; • Ebillet es la energía generada a partir del billet de aluminio, aquí Ebillet = 0; • η es la eficiencia energética del horno de inducción.
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Eingot es la energía generada a partir del lingote de aluminio, aquí Eingot = 0; Ecomb air es la energía generada a partir del aire de combustión, aquí Ecomb air = 0; Emelt es el calor transferido al metal fundido; ΔEal es la variación de energía del metal del lingote al metal fundido; Qmis es toda la pérdida energética durante el proceso de fundido en una cámara del horno; η es la eficiencia energética del horno en G&W.
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con el diámetro requerido y buena calidad si la cantidad ordenada es la apropiada. La forma comprometedora en este proyecto es que los desechos y los lingotes se vuelven a fundir y a moldear en forma redonda con composiciones químicas requeridas. El consumo de energía y emisión de GEI ocurridos se debieron a que esto último no fue revisado en este estudio.
lizar electricidad para retener el material fundido es η2 = 1.70% [11]. Considerando una eficiencia de conversión del 50% en una planta eléctrica de gas natural [12] para fundir A354 en el proceso nuevo, el consumo total de energía es 2800 kWh•ton-1/50% + 4939 kWh•ton-1 = 10543 kWh•ton-1; y la eficiencia térmica para la retención del material fundido es η´2 = 0.85%.
Figura 5. Esquema del balance de energía en el horno de fundición de aluminio de G&W Ltd.
Tabla 1. Consumo real de gas y electricidad en G&W Ltd.
Metal sólido
Combustible
Horno Pérdida de calor
Aire de combustión
Consumo de energía
Densidad energética por masa (MJ•L-1) [10]
GLP (propano) (Wikipedia)
(0.7 m3•ton-1) (4939 kWh• ton-1) 17.78 MJ•kg-1
25.4
Electricidad
(2800 kWh•ton-1) 10.08 MJ•kg-1
-------
Precisión (%)
±0.02
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Metal fundido
Tipo de energía
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Figura 6. Esquema del balance de energía en el horno de inducción de CRIMSON. Metal fundido
Metal sólido Horno Electricidad
Pérdida de calor
Resultados de las pruebas, evaluación y discusión Se investigó el consumo de energía en G&W, donde se aplica el proceso Cosworth el cual utiliza gas (propano) y electricidad; los usos se muestran en la Tabla 1. Debe notarse que la medición de la electricidad puede estar relacionada con el índice de uso de día o de noche. Durante la investigación, únicamente se midió el consumo de energía (kJ•kg-1 ó MJ•kg-1) y no se consideró el costo relacionado con el índice de uso. A partir de la Tabla 1, el consumo total real de energía ΔEal para la fundición de las aleaciones de aluminio A354 en G&W, puede calcularse como ΔEal = (7739 kWh•ton-1). La eficiencia térmica de la utilización de GLP para fundir las aleaciones es η1 = 5.65%. La eficiencia térmica de uti-
Los parámetros experimentales para el moldeo de la “barra de prueba” en las nuevas instalaciones de fundición se muestran en la Tabla 2. El consumo teórico de energía ΔE´al para calentar la aleación A354 a 729 °C es ΔE´al = 318 kWh•ton-1. El consumo de energía medido durante la fundición es 1.98 GJ•ton-1 (550 kWh•ton-1) (Tabla 2). La eficiencia térmica del horno de inducción puede calcularse a partir de estas dos cifras y es ηc = 57.8% [11]. Considerando una eficiencia de conversión del 50% en una planta eléctrica de gas natural [12, 13] para fundir A354 en el nuevo proceso, el consumo total de energía es 550 kWh•ton-1/50% = 1100 kWh•ton-1 y la eficiencia térmica total puede ser calculada como η´c = 57.8% × 50% = 28.9%. La eficiencia térmica del horno de fundición en G&W para el gas es η1 = 5.65% y para la electricidad es η´2 = 0.85%. El η1 anterior se encuentra cerca de la eficiencia térmica del horno de crisol utilizando gas (7~19%). El η´2 posterior, es mucho menor que la eficiencia térmica normal (59~76%) de un horno de inducción utilizando electricidad. Esto significa que hay mucha pérdida de energía para el proceso de fundición actual en G&W debido al largo periodo de retención. Por lo tanto, se sugiere que si el proceso actual de fundición y retención en G&W se puede reemplazar por el nuevo método de una sola carga, la eficiencia térmica en la utilización de electricidad aumentaría hasta 28%. Al fundir
Peso de la carga de metal
4 kg
± 0.5
Temperatura de fusión
729 °C
± 2.9
Tiempo de fusión
2 minutos
± 0.001
Tiempo de inyección de la máquina de colada ascendente
10 segundos
± 0.001
Tiempo de retención
20 segundos
± 0.001
Tiempo de solidificación
28 segundos
± 0.001
Consumo de energía medido para la fusión de la carga
7.92 MJ (2.2 kWh)
± 0.02
el mismo peso de las aleaciones de aluminio, G&W utilizó aproximadamente 10 veces más energía que las nuevas instalaciones de fundición. Se estima que se puede ahorrar 34.00 GJ•ton-1 (9.44 MWh•ton-1) y podría lograrse la reducción de las emisiones de GEI en 1725.63 kg•ton-1 de
CO2, 2.08 kg•ton-1 de NOx y 0.0444 kg•ton-1 de partículas, para la fundición de cada tonelada de la aleación A354, al utilizar el nuevo proceso. Por lo tanto, al utilizar el nuevo procedimiento, el costo de fundición y la dañina emisión de GEI reducirían radicalmente.
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Precisión (%)
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Valor
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Parámetro experimental
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Tabla 2. Parámetros experimentales para la barra de prueba en las instalaciones del nuevo proceso de fundición.
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revelado que el nuevo proceso es un método innovador para ahorrar energía en la industria de la fundición. Si las fundidoras convencionales pudieran utilizar el método nuevo de fundición en lugar de su método tradicional, los ahorros de energía calculados serían de 34 GJ•ton-1 (9.44 MWh•ton-1) para la aleación A354. Esto reduciría drásticamente el costo de producción en aproximadamente £718 pounds•ton-1 (7.6 p•kWh-1), lo cual podría ser crucial en el mercado rigurosamente competitivo de la industria de la fundición. Se podrían reducir las emisiones de GEI, en 1725.63 kg•ton-1 de CO2, 2.08 kg•ton-1 de NOx y 0.0444 kg•ton-1 de partículas.
CONCLUSIONES
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Otras razones para recomendar el nuevo proceso en lugar de utilizar un horno de crisol en G&W son: incluso si un horno de crisol es un método económico para fundir aleaciones de aluminio, y además es popular en la fundición debido a la facilidad de explotación y de orden de diferentes aleaciones, la eficiencia térmica del horno de crisol es mucho menor (normalmente 7~19%) que la del nuevo proceso (28.9%) y la temperatura de la aleación fundida es difícil de controlar. En este estudio se ha probado que la eficiencia térmica del horno en G&W es únicamente 5.65%. Además, el nuevo proceso emplea un método de llenado rápido una vez que se calienta la aleación a la temperatura requerida, evitando el uso del horno de retención durante un largo periodo de tiempo y, por lo tanto, se reduce el desperdicio potencial de energía. Al mismo tiempo, debido a la fundición rápida y proceso de llenado, la oportunidad de generar una capa de óxido en la superficie de la aleación fundida y el tiempo posible de absorción de hidrógeno se reducen significativamente. Como resultado, se puede asegurar la calidad de la fundición.
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La investigación de la eficiencia de fundición tanto del proceso convencional así como del proceso nuevo de fundición ha
De acuerdo con la investigación, se ha probado que el nuevo proceso es un método efectivo al aumentar la eficiencia energética y reducir los costos de producción así como la emisión de GEI. El consumo de energía y la eficiencia energética para otras etapas del proceso de fundición en arena, posteriormente se investigarán en este proyecto de investigación.
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Síntesis de látex híbrido de poliuretano-acrílico con núcleo-coraza, como adherente de tintas de pigmentos acuosos para impresión digital por inyección de tinta Synthesis of core–shell acrylic– polyurethane hybrid latex as binder of aqueous pigment inks for digital inkjet printing
32 Jingfang Zhang1, Xuefeng Li1, Xinhao Shi1, Mei Hua1, Xingping Zhou2,* y Xiaqin Wang1,*
Laboratorio Clave Estatal para la Modificación de Materiales Poliméricos y Fibras Químicas, Universidad de Donghua, Shanghai 201620, China. 2 Colegio de Biotecnología e Ingeniería Química, Universidad de Donghua, Shanghai 201620, China. * Tel.: +86 2167792836. E-mail: xqwang@dhu.edu.cn (X. Wang). 1
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MATERIALES
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RESUMEN Se preparó una emulsión acuosa híbrida de poliuretano-acrílico (PUA) con estructura de núcleo-coraza, mediante una copolimerización en emulsión por semilotes de monómeros de acrilato (AC) en presencia de una dispersión de poliuretano comercial utilizado como semillas (o núcleos). La estructura núcleo-coraza de la emulsión se observó por medio de un microscopio electrónico de transmisión (TEM). El tamaño de partícula y la distribución de la emulsión variaron drásticamente con la proporción núcleo-coraza. Las propiedades de respuesta térmica de las películas de emulsión se midieron por calorimetría diferencial de barrido (DSC) y los resultados indicaron una buena compatibilidad entre las fracciones de poliacrílico (PA) y poliuretano (PU) en los híbridos de PUA. Se estudiaron las estructuras químicas de las películas de emulsión por espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FT-IR), y se hicieron pruebas a las propiedades de superficie por
medición del ángulo de contacto. Los resultados apoyaron la idea de que la superficie de las películas moldeadas eran ricas en componentes de poliuretano. La resistencia al agua de las películas moldeadas mejoró con el aumento de la porción de AC. Se investigaron minuciosamente las propiedades reológicas del látex y su utilización como adherente para tintas de pigmentos acuosos de impresión digital por inyección de tinta (inkjet), indicando que la emulsión híbrida preparada podría utilizarse con seguridad para tintas de pigmentos acuosos de impresión digital inkjet. Palabras clave: Adherente de tinta de látex; emulsión híbrida PUA; estructura núcleo-coraza; propiedades reológicas.
ABSTRACT Acrylic–polyurethane (PUA) hybrid aqueous emulsion
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Key words: Core–shell structure; latex ink binder; PUA hybrid emulsion; rheological properties.
INTRODUCCIÓN La aplicación de impresión digital por inyección de tinta (impresión inkjet) en el campo textil, aumentó recientemente debido a que esta técnica ofrece beneficios como velocidad, flexibilidad, creatividad, higiene, competitividad y protección del medio ambiente [1-3]. Las tintas para la impresión textil digital comúnmente se clasifican en dos categorías: colorantes y pigmentos. Las tintas pigmentadas muestran más ventajas ambientales y tienen procesos más cortos que las tintas colorantes porque se pueden lograr los productos impresos finales por un curado simple del textil impreso, en vez de exponerlo al vapor y lavarlo [4]. Con el mejoramiento de la tecnología de impresión digital en textiles y el aumento de la presión ambiental en sistemas de impresión textil a base de colorantes que requieren una etapa de lavado, la impresión digital textil a base de pigmentos es quizá la técnica más común y extensamente utilizada para impresión textil. La predicción de un estudio reciente realizado por la Fábrica Badense de Bicarbonato de sodio y Anilina (BASF, por sus siglas en inglés) fue que la impresión textil por pigmentos aumentaría de 11 billones de metros cuadrados en 2002 a 15 billones en 2012 [5].
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with core–shell structure was prepared via semibatch emulsion copolymerization of the acrylate monomers (AC) in the presence of a commercial polyurethane dispersion as seeds. The core–shell structure of the emulsion was observed by TEM. The particle size and distribution of the emulsion was found to vary drastically with the core–shell ratio. The thermal response properties of emulsion films were measured by DSC, and the results indicated the good compatibility between PA and PU moieties in PUA hybrids. The chemical structures of emulsion films were studied by FT-IR, and the surface properties were tested by contact angle measurement. The results supported the idea that the surface of the cast films was rich in polyurethane component. The water resistance of the cast films became better by increasing the AC fraction. The rheological properties of the latex and its utilization as a binder for aqueous pigment inks of digital inkjet printing were thoroughly investigated, indicating that the prepared hybrid emulsion could be used safely for aqueous pigment inks of digital inkjet printing.
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Sin embargo, la impresión textil por pigmentos tiene unos cuantos problemas, como el curado a temperatura relativamente alta, sensación de rigidez al tacto y baja resistencia al desteñimiento del textil impreso. Las emisiones de formaldehído y la obstrucción en las pantallas durante el proceso actual de impresión también deben tomarse en cuenta [6]. Estas desventajas están relacionadas con los adherentes utilizados. Por lo tanto, es necesaria la reconsideración de las propiedades generales de los adherentes para mejorar la calidad de los productos impresos con pigmentos. Se han utilizado ampliamente las resinas de poliacrílico (PA) base agua y de poliuretano (PU) como adherentes para pinturas y tintas [7-9]. En general, las resinas de PA muestran excelentes propiedades en términos de dureza, resistencia a la intemperie, resistencia a químicos, brillo y afinidad a los pigmentos, pero muestran un desempeño pobre en cuanto a durabilidad, resistencia a daños, alargamiento, propiedades de adhesión y suavidad, que son peculiares en las resinas de PU. Por lo tanto, se puede obtener un mejor adherente si éste aporta las ventajas
complementarias tanto de las resinas de PA como las de PU. La unión física de la emulsión de PA y PU da como resultado películas con propiedades de menor calidad que las predichas por la “regla de las mezclas”, debido a la limitada compatibilidad entre el poliacrílico y el poliuretano [10]. Un enfoque alternativo a la mezcla física de la emulsión de PA y PU es la copolimerización de la emulsión de monómeros de acrílico en presencia de una emulsión de PU, a lo que se le llama “proceso híbrido”. Se reportó que los monómeros de acrílico se polimerizaron en las partículas de la dispersión de PU y aumentaron la habilidad de mezclar estos dos tipos de polímeros por medio del proceso híbrido [11]. Para obtener una emulsión base agua con rendimiento superior, se desarrollaron y utilizaron diferentes técnicas de polimerización en emulsión híbrida, como la polimerización en emulsión por semilla o la formación de redes interpenetrantes. Se esperaba que las emulsiones que contenían tanto la fase PA como la fase PU en cada partícula de emulsión, mostraran propiedades excelentes, las cuales son difíciles de obtener por emulsión con una fase homogénea [12-14]. Es de gran interés producir emulsiones en las que cada
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Los propósitos de este estudio son los siguientes: (1) la preparación de una nano-emulsión acuosa híbrida de PUA con estructuras de núcleo-coraza a través de copolimerización en emulsión por semilotes de monómeros de acrílico, en presencia de una emulsión comercial de PU utilizado como las semillas; (2) la aplicación del látex preparado como adherente de las tintas de pigmentos acuosos para impresión textil digital; (3) la investigación de las propiedades reológicas del látex y las tintas látex.
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Las propiedades reológicas de los sistemas de látex son tanto de importancia práctica como de interés teórico. Muchos usos prácticos de los látex en el procesamiento y en varias aplicaciones para recubrimientos requieren el control de la viscosidad. Algunos látex pueden exhibir comportamiento Newtoniano con viscosidad constante, independiente del esfuerzo de cizalla o velocidad de cizallamiento. Sin embargo, la viscosidad de muchos líquidos y del látex depende de la velocidad de cizallamiento (no-Newtoniano). La emulsión pseudoplástica muestra un descenso de viscosidad con el aumento de la velocidad de cizalla. Muchos tipos de dispersión, incluyendo los sistemas de látex, pueden exhibir complejas propiedades reológicas viscoelásticas [15]. Se sabe que las pro-
piedades reológicas del látex utilizado en las tintas para impresión textil digital, son esenciales para evitar desviaciones en el cabezal de impresión y tienen un papel importante en las características de la formación de gotas drop-on demand (DOD, Goteo por demanda), rectitud en la inyección de tinta, sustentabilidad y productividad. Una de las propiedades más importantes del látex es la viscosidad de cizalla o viscosidad aparente. La viscosidad aparente de la tinta látex inkjet debe ser menor a 5 mPa·s para los cabezales de impresión Epson. Sin embargo, la tinta inkjet puede mostrar algunos comportamientos no-Newtonianos con una gran porción de volumen de materiales funcionales suspendidos o solubles [16].
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partícula se compone de PA y PU desde el punto de vista de aplicación práctica, como adherentes para tintas acuosas y recubrimientos. Hay algunas patentes y referencias con respecto a la emulsión híbrida de poliuretano-acrílico [6-8], pero hay pocos informes de su desempeño en la aplicación y sus propiedades reológicas cuando se utiliza como adherente para tintas de pigmentos acuosos en la impresión textil digital.
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EXPERIMENTAL
Después, se agregó lentamente una mezcla de 5.0 g de metacrilato de metilo, 5.0 g de acrilato de butilo y 0.015 g de ácido acrílico (0.15 % peso con base en el peso total de MMA y BA) a la solución emulsionante bajo agitación. Finalmente, la emulsión se agitó durante 30 min adicionales.
Materiales Se utilizó acrilato de butilo (BA), metacrilato de metilo (MMA) y ácido acrílico (AA) suministrados por Shanghai Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd., China. Sangjing Chemical Co. Ltd., Shanghai abasteció el emulsionante aniónico y el dodecilsulfato sódico (SDS). Se utilizó bicarbonato de sodio (NaHCO3) como solución amortiguadora y persulfato de potasio (KPS) como iniciador soluble en agua. Todos los químicos utilizados fueron de grado analítico puro y no se llevó a cabo ninguna otra purificación. Shanghai Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd., China suministró el ácido fosfotúngstico hidratado (PTA), grado analítico. La emulsión de PU disponible comercialmente, N-metil-2-pirrolidona (NMP) y TEGO-Wet (KL-245), fueron aportados por Zhongfang Chemical Co. Ltd., China. La dispersión de pigmento CAB-O-JET® 480 V (PV 19RS) se adquirió en Cabot Corporation, Estados Unidos.
El reactor se llenó por primera vez con 111.3 g de emulsión de PU y 10% de los monómeros, y se calentó a 80 °C bajo agitación. Después de eso, 10% de la solución iniciadora (0.4 g de KPS por 100 g de monómeros de acrílico) se introdujeron lentamente; esta etapa tuvo una duración de 30 min. La pre-emulsión del monómero residual y la solución iniciadora se depositaron en el matraz a un flujo constante durante 4 h. Después, se aumentó la temperatura 5 °C más y el contenido se mantuvo a 85 °C durante 30 min. Finalmente, se enfrió la emulsión a temperatura ambiente mientras se agitaba. El valor del pH se mantuvo en el rango deseado con la adición de NaHCO 3. Las muestras con diferentes proporciones de PA/PU presentadas en la Tabla 1 se prepararon con el mismo método.
Síntesis de emulsión híbrida PUA Se sintetizó la emulsión híbrida PUA en una proporción de PA/PU igual a 20/80, por medio de polimerización en emulsión por semilotes en un matraz de cristal de cuatro cuellos de 250 mL, equipado con un condensador de reflujo, un agitador mecánico, un termómetro digital y una entrada de gas nitrógeno.
Preparación de tintas de impresión textil digital Las tintas utilizadas en las muestras se realizaron de acuerdo con los procedimientos estándar del arte de la impresión por inyección. Cada fracción de ingrediente estaba en porcentaje en peso de la tinta final. Primero, el vehículo de la tinta se preparó con una composición de: 11 %p de glicol, 12 %p de NMP, 5 %p de glicerol,
Se preparó una pre-emulsión disolviendo dodecilsulfato sódico (2.0 g por 100 g de acrílico y PU) en agua.
Tabla 1. Formulaciones de la preparación de la emulsión híbrida de PUA. Muestras
PUA0
PUA20
PUA40
PUA60
PUA80
PUA100
Fracción poliacrílica total (%p)
0
20
40
60
80
100
Dispersión PU (g)
200
111.3
83.5
74.2
41.7
0
MMA (g)
0
5.0
10.0
20.0
30.0
50.0
BA (g)
0
5.0
10.0
20.0
30.0
50.0
AA (g)
0
0.015
0.03
0.06
0.09
0.15
Contenido sólido de la emulsión final (%p)
36.0
36.4
37.2
36.8
37.4
36.5
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0.5 %p de TEGO Wet (KL-245) y 38.5 %p de agua desionizada. Después, se agregó la dispersión acuosa del adherente de látex híbrido PUA40 (15 %p de la tinta final) al vehículo de tinta con agitación. Después de agitar hasta obtener una buena dispersión, se agregó la dispersión de pigmento magenta (CAB-O-JET ® 480V, PV 19RS, 18 %p) y se agitó durante 3 horas o hasta obtener una buena dispersión de tinta. El valor de pH y la tensión superficial de la tinta como se preparó, fueron 7.0 y 28.67 m N/cm, respectivamente.
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Caracterización Se observó la microestructura de las partículas de látex con un microscopio electrónico de transmisión Hitachi H-800 (Hitachi, Japón) después de la tinción con 1-2 %p de PTA en solución acuosa, que se ajustó exactamente a un pH de 6.4 con NaOH 0.1 mol/L.
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Mayo
El tamaño de partícula y la distribución de la emulsión sintetizada, se determinaron con un Analizador de Potencial Zeta y Tamaño de Partícula Nano ZS (Malvern Instruments Company, Reino Unido). Las muestras de la emulsión se diluyeron con agua desionizada. Los espectros de infrarrojo por transformada de Fourier (FT-IR), se registraron con un espectrómetro Spectrum BXII FT-IR (Perkin Elmer, Estados Unidos). Se tomaron un total de 32 escaneos por cada muestra con una resolución de 2 cm-1. Se utilizó bromuro de potasio (KBr) en polvo como blanco. Se llevó a cabo la calorimetría diferencial de barrido (DSC) para caracterizar las propiedades de respuesta térmica de las películas moldeadas preparadas a partir de la emulsión híbrida de PUA. Se llevó a cabo la medición en un calorímetro diferencial de barrido 204F1 (DSC, NETZSCH, Alemania) purgando la celda con nitrógeno a una velocidad de calentamiento de 20 °C/ min de -80 °C a 200 °C.
39
tensión y de frecuencia. Las pruebas de cizallamiento constante se llevaron a cabo en un rango de velocidad de cizallamiento de 0.1 a 103 s-1. El barrido de tensión se probó bajo 200% de amplitud de deformación y la frecuencia angular del barrido de frecuencia se realizó de 0.1 a 100 s-1.
Se midió la viscosidad aparente del látex y la tinta látex con un reómetro R/S-Plus (Brookfield, Estados Unidos) bajo diferentes temperaturas.
Los ángulos de contacto de las gotas de agua en las películas moldeadas se midieron utilizando un goniómetro de ángulo de contacto OCA20 (Datephysics, Alemania). Los ángulos de contacto se calcularon de acuerdo con la ecuación θ = 2 tan-1 (2h/r) (donde h es igual a la altura de una gota y r es el ancho de una gota en la película de sustrato).
Las propiedades de flujo del látex y de la tinta látex se determinaron con un reómetro ARES-RFS (TA Instruments Company, Estados Unidos) a 25 °C. Se estudiaron las propiedades reológicas bajo deformación pequeña y grande con diferentes procedimientos de medición: barridos de
La absorción de agua de las películas moldeadas se evaluó de acuerdo con el método estándar. Las películas moldeadas secas de la emulsión (30 x 30 mm 2; peso original designado como w1) fueron sumergidas en agua durante 24 h a 25 °C. Después de que se
MATERIALES
eliminó el agua residual de las películas utilizando papel filtro, se registró el peso (w 2) inmediatamente. Se calculó la absorción de agua por medio de la ecuación W (%) = (w 2-w1)/w 1 x 100%.
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Mayo
Junio 2013
Se examinaron las propiedades mecánicas midiendo la resistencia de tracción y la elongación de ruptura de las películas moldeadas en un dispositivo para pruebas de tracción WDT-10 Tinius Olsen (Toyo Baldwin Company, Japón) a una velocidad constante de halado de 50 mm/ min a temperatura ambiente. Las muestras con grosor de 60 µm se almacenaron a condiciones ambientales durante 7 días y posteriormente se colocaron al vacío hasta que se obtuvo peso constante.
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emulsión y los requisitos de aplicación, la proporción PA/ PU debe mantenerse en cierto rango. Figura 1. Imágenes de la microscopía electrónica de transmisión de la emulsión híbrida de PUA con proporciones de poliacrílico/poliuretano de (a) 40/60 (PUA40), (b) 60/40 (PUA60) y (c) 80/20 (PUA80).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN Estructura núcleo-coraza de la emulsión híbrida de PUA La Figura 1 muestra las imágenes de la microscopía electrónica de transmisión de la emulsión híbrida de PUA con las diferentes proporciones de poliacrílico/poliuretano: 40/60 (PUA40), 60/40 (PUA60) y 80/20 (PUA80). Los tres tipos de emulsión híbrida fueron de microestructuras esféricas núcleo-coraza. En estas partículas núcleo-coraza, las regiones más oscuras de las capas externas eran dominios de PU, y las regiones relativamente más claras en los núcleos eran dominios de PA [8]. La densidad de la nube de electrones alrededor de las cadenas de PU fue mayor que alrededor de las cadenas de PA, ya que la polaridad de las cadenas de PU era mayor en comparación con la de las cadenas de PA; lo cual concuerda con los resultados reportados anteriormente [6-8]. Se ubicaron selectivamente más cadenas hidrofílicas de PU en la región de la coraza dentro del sistema híbrido de PUA y, por lo tanto, las cadenas hidrofóbicas de PA se concentraron en la región del núcleo de las partículas de la emulsión en el curso del proceso de inversión de fase. Además, el tamaño promedio de las partículas de la emulsión de PUA40 observado en la Figura 1(a) fue 54 ± 12 mm, lo que concuerda con los resultados obtenidos con el Analizador Nano ZS. Comparando las Figuras 1(b) y (c), se puede observar la fusión y la coagulación de las partículas. Por lo tanto, la coalescencia de las partículas ocurrió cuando la proporción PA/PU aumentó a 60/40 y 80/20 y se formaron partículas más grandes debido a la coalescencia de éstas. Considerando la estabilidad de la
Tamaño y distribución de partículas Para descubrir la influencia de la proporción de PA/PU en el tamaño y la distribución de partículas de la emulsión híbrida PUA, el tamaño y la distribución se caracterizaron más a fondo por medio de dispersión de luz. Los tamaños y la distribución de las partículas de la emulsión híbrida de PUA se representan en la Figura 2. En la Figura 2(a), el tamaño de partícula promedio de la dispersión de PUA0 fue 38 nm y la distribución del tamaño de partícula (PSD) fue relativamente limitado. La distribución del tamaño de partícula de la muestra de PUA20 tuvo un tamaño y distribución similar al de la dispersión PUA0, aunque cambió ligeramente a un mayor diámetro promedio. Para las muestras PUA40 y PUA60, la PSD fue relativamente más amplia. Sin embargo, la dispersión PUA80 mostró una PSD amplia debido a la coalescencia de partículas. El tamaño promedio de las partículas de la emulsión híbrida PUA derivado de la Figura 2(a), se muestra en la Figura 2(b). El tamaño de partícula promedio de la emulsión de PUA aumentó con la proporción PA/PU de ~40 a ~170 nm. Cuando la proporción aumentó de 0 a 20/80, el promedio del tamaño de partícula de la emulsión híbrida aumentó de 38.4 nm a 45.7 nm. Sin embargo, la posterior introducción de una fracción de acrílico, dio como resultado un aumento drástico del tamaño de partícula promedio debido a la inclusión de monómeros de acrílico en las partículas de PU para formar una morfología invertida de núcleo-coraza, con poliacrílico como el núcleo y el poliuretano como la coraza. El mecanismo de crecimiento de las partículas fue sugerido por Hirose et al. [6] y Chai y Jin [8]. Explicaron que
a 18
1 2 3 4 5
4 3
Intensidad (%)
15 12
1
PUA0 PUA20 PUA40 PUA60 PUA80
5 2
9 6 3 0 0
50 100 150 200 250
300
Figura 3. Espectro de FT-IR de las películas moldeadas de (a) PUA0 y (b) PUA40.
Tamaño de partícula (nm) b
a
Transmitancia (%)
Tamaño de partícula promedio (nm)
200
160
120
b
80
40 0 20 40 60 80 Fracción poliacrílica (%p)
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Número de onda (cm-1)
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Figura 2. Tamaño y distribución de partículas de la emulsión híbrida de PUA con diferentes fracciones de PA/PU, (a) distribución del tamaño de partícula y (b) tamaño de partícula promedio derivado de (a).
Análisis de FT-IR Se probaron las estructuras químicas de PUA mediante FTIR. Los puntos más altos de absorción del poliuretano típico a 3470 cm-1 [v (NH)], 2855-2955 cm-1 [v (CH2) y v (CH3)], 1720-1780 cm-1 [v (C=O)], 1540 cm-1 [δ (N-CO)] y 1110 cm-1 [v (C-O-C)] se presentan en las Figuras 3(a) y 3(b). En comparación con la muestra de PUA0 (sin PA), los puntos máximos de absorción del polímero típico de acrílico a 1169 cm-1 [v (C=O)], 852 cm-1 [v (CH3)], 631 cm-1 [v (C-O-C)] pueden detectarse claramente en la Figura 3(b), lo que indica que el componente acrílico ha sido introducido satisfactoriamente en el poliuretano. En la Figura 3(b), no se distinguió el pico de absorción a 1640 cm-1 para la vibración de estiramiento C=C, lo que indica que la mayoría de los monómeros de acrílico se habían involucrado en la copolimerización.
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La aplicación práctica de la emulsión híbrida es su utilización como adherente para tinta inkjet. Hay muchos
factores importantes que se deben tomar en cuenta para cumplir con los requisitos de la impresión inkjet. El factor más importante es el tamaño de partícula. Las partículas deben ser lo suficientemente pequeñas para permitir el flujo libre de la tinta a través de los cabezales de impresión por inyección, especialmente las boquillas de expulsión. No obstante, el tamaño de partícula también afecta dramáticamente la estabilidad de la dispersión y el comportamiento de flujo de la tinta, lo cual es crítico durante la vida útil de la tinta. Es deseable una emulsión con partículas pequeñas y distribución homogénea del tamaño de partícula, como adherente para conseguir una tinta de inyección que pueda ser rociada. Por lo tanto, PUA40 parecía una buena elección.
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cuando la cantidad de la porción de acrílico era pequeña, los monómeros de acrílico podrían crecer fácilmente en las partículas de PU para conducir la copolimerización y formar el núcleo de las partículas híbridas. Sin embargo, la posterior introducción de monómeros de acrílico dificultó que las micelas de PU contuvieran la porción de acrílico y formaran las partículas estables de la emulsión híbrida. Como consecuencia, se formaron partículas más grandes, presuntamente por la fusión de varias partículas. Cuando se introdujo una mayor porción de acrílico, la fusión de partículas originó partículas mucho más grandes, lo que se verificó por el análisis de microscopía electrónica de transmisión.
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Temperatura de transición vítrea (Tg) La temperatura de transición vítrea Tg de la emulsión se determinó por medio de calorimetría diferencial de barrido (Figura 4). Se utilizó Tg para ilustrar la compatibilidad entre las porciones de PA y PU en los híbridos de PUA. Se descubrió que el polímero de acrílico puro tenía transición vítrea a 0 °C y el poliuretano puro poseía una transición vítrea a 42.5 °C, respectivamente. La emulsión híbrida PUA40 con la microestructura núcleo-coraza exhibió dos transiciones vítreas, una para la porción de PA a 12 °C y otra para la porción de PU a 39 °C. Los cambios de Tg de 0 a 12 °C a la temperatura menor, y 42.5 a 39 °C a la temperatura mayor, se atribuyeron a la compatibilidad parcial e interdifusión de las porciones de PA y PU.
Figura 4. Curvas de DSC de (a) PUA100, (b) PUA0 y (c) PUA40.
respecto a la velocidad de cizallamiento ч bajo diferentes temperaturas. Los resultados revelaron que todas las muestras de látex exhibieron comportamientos pseudoplásticos provisionales en la etapa inicial del proceso de cizallamiento, seguido de comportamientos Newtonianos a una cierta velocidad de cizallamiento crítica ч ≈ 1000 s-1, lo que indicó que la dispersión de látex era un líquido Newtoniano y no había interacción significativa entre las partículas suspendidas. Además, se observaron comportamientos reológicos similares bajo una temperatura mayor a 50 °C, lo cual demostró la adecuada estabilidad térmica del látex. Sin embargo, también se notó que la influencia de la temperatura sobre la viscosidad aparente del látex era obvia. La viscosidad aparente disminuyó con la temperatura, lo que indicó que la temperatura también era un factor importante de las propiedades de flujo. La viscosidad dependiente de la temperatura para el látex fue de importancia práctica para guiar la impresión inkjet.
0.9
Figura 5. Viscosidad aparente para la emulsión híbrida PUA40 (15 %p) a diferentes temperaturas. a
0°C
5.0
0.6 42.5°C
0.3 0.0
12°C
25°C 35°C 45°C 55°C 65°C
4.5
b
4.0 39°C
c
-0.3 -100 -50 0 50 100 150 200 Temperatura (°C)
(mPa•s)
42
EXO
1.2
DSC / (mW/mg)
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1.5
3.5 3.0 2.5 2.0
Propiedades reológicas Las velocidades de cizallamiento bajas (menos de 1000 s-1) se emplean generalmente para caracterizar las propiedades reológicas de las tintas de inyección tanto en la industria como en la academia inkjet [16]. Sin embargo, para la medición de la viscosidad aparente del látex, se utilizó la velocidad de cizallamiento máxima de 5000 s-1 para simular los comportamientos de flujo en las impresoras por inyección de tinta debido a la limitación del reómetro, aunque se involucran velocidades de cizallamiento muy altas (~105 s-1) durante el proceso de expulsión en la impresión por inyección de tinta. La Figura 5 describe la dependencia que la viscosidad de cizalla o aparente η de la dispersión de látex, tenía con
1.5 0 1000 2000 3000 4000
5000
Velocidad de cizallamiento (s-1)
La Figura 6 muestra la viscosidad aparente de la tinta inkjet de pigmento acuoso violeta. Se descubrió que la tinta látex también exhibió comportamientos Newtonianos bajo velocidades de cizallamiento altas y la viscosidad aparente de la tinta látex fue lo suficientemente baja para cumplir los requisitos de las tintas de impresión inkjet. Las Figuras 7(a) y (b) representan el módulo de almacenamiento (G’) y el módulo de pérdida (G’’) contra la frecuencia angular ( ), bajo un esfuerzo de amplitud constante en el
Figura 6. Viscosidad aparente η de la tinta látex con látex PUA40 15 %p (25 °C). 5.5
10 G" G'
1
0.1
0.01 4.0
0.1 1 10 100 (rad/s)
3.5
b 10
3.0
G" G'
2.0 Velocidad de cizallamiento (s-1)
A partir de la Figura 7(b) se puede entender que el módulo de pérdida G’’ de la tinta látex depende de la frecuencia angular, mientras que el módulo de almacenamiento G’ es independiente de la frecuencia. A una frecuencia crítica ω ≈ 0.2 rad s-1, hubo una intersección obvia entre G’ y G’’, lo que significa que inevitablemente se formaron redes debido a la interacción entre el látex y las partículas de pigmento en la tinta látex. Sin embargo, el módulo de pérdida G’’ se volvió mayor que el módulo de almacenamiento G’ con el aumento de la frecuencia, indicando que la tinta látex también estaba dominada por comportamientos viscosos. Respuesta acuosa de las películas moldeadas a partir de la emulsión de látex Ángulo de contacto Para comprobar la estructura de la superficie de la película seca hecha a partir de la emulsión híbrida PUA40, se llevó a cabo la determinación de las propiedades de superficie por mediciones del ángulo de contacto. En la Figura 8, se proporciona el ángulo de contacto de la película moldeada a partir de la emulsión híbrida PUA40 en comparación con las películas secas hechas a partir de PU y PA puros.
1 G', G" (Pa)
0 1000 2000 3000 4000 5000
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2.5
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tinta látex
4.5 (mPa•s)
MATERIALES
a
Mayo
5.0
Figura 7. (a) Módulos dinámicos (G’ y G’’) de látex PUA40 (10 %p) y (b) su tinta látex.
G', G" (Pa)
rango viscoelástico lineal de las muestras. En la Figura 7(a), los dos módulos dinámicos del látex fueron independientes de la frecuencia angular a lo largo de todo el rango de frecuencia angular investigado. Además, el módulo de pérdida G’’ fue mayor que el módulo de almacenamiento G’, lo que significa que dominaba el comportamiento viscoso en el látex.
0.1
43
0.01 0.1 1 10 100 (rad/s)
Con base en los ángulos de contacto de las gotas de agua en la Figura 8, la hidrofilia estuvo en el orden: PU (coraza)>PUA40>PA (núcleo). La superficie de la película de emulsión híbrida PUA fue hidrofílica al igual que la parte de la coraza. Por lo tanto, el carácter hidrofílico,
Figura 8. Ángulos de contacto de la forma de películas moldeadas (a) PUA0, (b) PUA40 y (c) PUA100.
Figura 9. Dependencia de la absorción de agua de las películas moldeadas frente a la composición de la emulsión ( = látex de mezcla física, = látex híbrido PUA). 45
44
Absorción de agua (%)
emulsión híbrida mezcla física
Propiedades mecánicas Las propiedades mecánicas de las películas moldeadas a partir de la emulsión son de gran importancia, lo que debe considerarse cuando la emulsión se utiliza como adherente para la tinta de pigmento. La razón es que la solidez del color y el manejo de los productos de impresión están fuertemente influenciados por las propiedades mecánicas de la película adherente, especialmente la elongación de ruptura y la resistencia de tracción.
35
Las propiedades mecánicas se muestran en la Figura 10. La elongación de ruptura de las películas moldeadas disminuyó
30 25 20
Figura 10. Propiedades mecánicas en función de la composición de la emulsión híbrida y las mezclas físicas: (a) elongación de ruptura y (b) resistencia a la tracción.
15 10
a
5 0 20 40 60 80 100
900 emulsión híbrida mezcla física
Fracción poliacrílica (%p)
Absorción de agua de las películas moldeadas a partir de emulsión híbrida PUA Las tintas acuosas inkjet generalmente tienen pigmentos dispersos en agua. Las imágenes impresas con tintas de inyección tienen solidez de imagen limitada cuando se exponen a condiciones húmedas o al agua y comúnmente dan como resultado una pérdida significativa de información, lo que puede volver inútiles las imágenes. Para obtener imágenes con resistencia al agua, éstas comúnmente necesitan ser rociadas con un material de laca o laminadas con otro material. La absorción del agua es determinada por el adherente utilizado para la tintas de impresión textil digital. También se utilizó la absorción de agua de la emulsión preparada a partir de mezclas físicas de PUA0 a PUA100 con las mismas proporciones de la emulsión híbrida, para ilustrar la respuesta al agua de las imágenes. La Figura 9 muestra que la absorción de agua de las películas moldeadas varió con la composición de la emulsión híbrida y las mezclas físicas. En comparación, se encontró que las películas de la emulsión híbrida tenían menor absorción de agua que las mezclas correspondientes, indicando que estos polímeros híbridos exhibían una adecuada compatibilidad entre las porciones de PA y PU. Sin embargo, la absorción del agua disminuyó con la fracción poliacrílica. Los resultados fueron consisten-
Elongación de ruptura (%)
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tes con aquéllos obtenidos por las mediciones del ángulo de contacto en la Figura 8.
750
600
450
300
0 20 40 60 80 100 Fracción poliacrílica (%p) b 45 Resistencia a la tracción (MPa)
MATERIALES
que era común en la emulsión híbrida PUA y la parte de la coraza, se relacionó con la contribución de la porción de PU, que también indicaba que la superficie de la emulsión híbrida era rica en el componente de poliuretano.
40
emulsión híbrida mezcla física
35 30 25 20 15 10 0 20 40 60 80 100 Fracción poliacrílica (%p)
La emulsión híbrida de PUA que contenía las porciones de poliacrílico y poliuretano se prepararon por polimerización en emulsión por semilotes en presencia de una dispersión de poliuretano. El análisis de tamaño de partícula indicó que éste varió con las proporciones de PA/PU. Considerando la estabilidad de la emulsión y los requisitos de aplicación, la proporción PA/PU debe ser limitada dentro de cierto rango. Los cambios de Tg junto con la mejor absorción de agua y las propiedades mecánicas de la emulsión híbrida, indicaron una buena compatibilidad entre las porciones de PA y PU en los híbridos de PUA. La capa superficial de la película moldeada a partir de la emulsión híbrida era rica en PU, pero la respuesta al agua de la emulsión híbrida también exhibió las características mencionadas de la emulsión de poliacrilato. El látex y las tintas látex mostraron una meseta de viscosidad de comportamiento de fluidos Newtonianos y los comportamientos viscosos fueron dominantes en el látex y en las tintas látex. Sin embargo, hubo cierta interacción entre el látex y las partículas de pigmento. Además, el látex adherente preparado podría ser utilizado de forma segura para tintas de pigmentos acuosos de la impresión digital inkjet.
REFERENCIAS [1] M.M. El-Molla, Synthesis of polyurethane acrylate oligomers as aqueous UV-curable binders for inks of inkjet in textile printing and pigment dyeing, Dyes and Pigments74(2007)371–379. [2] R. Eisenlobr, V. Giesen, Pigment printing and ecology, International Dyer 180 (1995) 12–16.
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CONCLUSIÓN
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Comparando los resultados de las propiedades mecánicas entre las mezclas híbridas y físicas, se pudo observar una ventaja notable para la emulsión híbrida. Las propiedades mecánicas mejoradas de la emulsión híbrida fueron resultado de los contactos interfaciales partícula-partícula y de la interdifusión molecular de las cadenas de polímeros entre las partículas de látex, durante la fase de coalescencia en el proceso de formación de las películas.
[3] U. Sebenik, M. Krajnc, Properties of acrylic–polyurethane hybrid emulsions synthesized by the semibatch emulsion copolymerization of acrylates using different polyurethane particles, Journal of Polymer Science Part A:Polymer Chemistry 43 (18) (2005) 4050–4069. [4] H. Adler, K. Jahny, V. B. Birnbirch, Polyurethane macromers new building blocks for acrylic hybrid emulsions with outstanding performance, Progress in Organic Coatings 43 (2001) 251–257. [5] U. Hees, M. Freche, M. Kluge et al. Developments in textile inkjet printing with pigment inks, in: Proceedings of International Conference on Digital Printing Technologies, 2002, pp. 242–245. [6] M. Hirose, J.h. Zhou, N. Katsutoshi, The structure and properties of acrylic–polyurethane hybrid emulsions, Progress in Organic Coatings 38 (2000) 27–34. [7] M. Hirose, F. Kadowaki, J.h. Zhou, The structure and properties of core–shell type acrylic–polyurethane hybrid aqueous emulsions, Progress in Organic Coatings 31 (1997) 157–169. [8] S.L. Chai, M.M .Jin, Morphology and particle size of nanograde polyurethane/polyacrylate hybrid emulsions, Journal of Applied Polymer Science 114 (2009) 2030–2035. [9] U. Sebenik, J. Golob, M. Krajnc, Comparison of properties of acrylic–polyurethane hybrid emulsions prepared by batch and semibatch processes with monomer emulsion feed, Polymer International 52 (2003) 740–748. [10] D. Kukanja, J. Golob, A. Zupancic-Valant, et al., The structure and properties of acrylic–polyurethane hybrid emulsions and comparison with physical blends, Journal of Applied Polymer Science 78 (2000) 67–80. [11] Y.H. Jan, Y.T. Hwang, C.Y. Shih, et al., Emulsion polymerization and latex applications, in: Proceedings of 22nd Waterborne, High-Solids and Powder Coatings Symposium, New Orleans, 22–24 February, 1995. [12] C.R. Hegedus, K.A. Kloiber, Acrylic–polyurethane aqueous dispersions: structure and properties in industrial coatings, in: Proceedings of 21st Waterborne, Higher-Solids and Powder Coating Symposium, 1994. [13] H. Dong, W.W. Carr, J.F. Morris, An experimental study of drop-on-demand drop formation, Physics of Fluids 18 (7) (2006) 072102. [14] M. Hirose, J. Zhou, N. Katsutoshi, The structure and properties of acrylic–polyurethane hybrid emulsions, Progress in Organic Coatings 38 (2000) 27–34. [15] H. Park, W.W. Carr, H. Ok, et al., Image quality of inkjet printing on polyester fabrics, Textile Research Journal 76 (9) (2006) 720–728. [16] X. Wang, W.W. Carr, D.G. Bucknall, High-shear-rate capillary viscometer for inkjet inks, Review of Scientific Instruments 81 (6) (2010) 065106.
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con la fracción poliacrílica, como se muestra en la Figura 10(a). Pero la Figura 10(b) indica que la resistencia a la tracción aumenta con la fracción poliacrílica. La razón puede ser que el PA es más duro que el PU, lo que mejoró la rigidez y resistencia y redujo la dureza de las películas de emulsión híbrida.
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Junio 2013
SUSTENTABILIDAD
Adrián Chávez Huertaa, Marinela Colina Rincóna,b ,*, Ana C. Valbuena Inciartea y Adriana Lópeza
SUSTENTABILIDAD
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Mayo
Development and characterization of films made of chitosan from crab industry wastes
Junio 2013
Obtención y caracterización de películas de quitosano elaborado a partir de los desechos de la industria cangrejera
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Laboratorio de Química Ambiental. Departamento de Química, Facultad Experimental de Ciencias. Universidad del Zulia. Maracaibo 4001, Venezuela. b Empresa Mixta Innovación Ambiental Quitosano CA. (INNOVAQUITO CA), Av. 4 San Francisco Sector El Bajo No 29–25. * E-mail: colinamarinela@gmail.com a
SUSTENTABILIDAD Junio 2013 Mayo
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RESUMEN En esta investigación, se elaboraron películas de quitosano y películas de un derivado de quitosano del tipo base de Schiff. El proceso para la obtención de quitosano se realizó a partir de desechos de la industria cangrejera; este requiere de varios pasos como son: la desproteinización de las conchas con NaOH, desmineralización con HCl, despigmentación o decoloración con metanol (CH 3OH), desacetilación de la quitina con NaOH y la posterior purificación del quitosano con ácido acético (CH3COOH). El procedimiento para la obtención de quitosano fue modificado disminuyendo el tiempo del proceso, ya que se eliminó el paso de purificación al emplear sulfito sódico (Na2SO3) en la desacetilación. El quitosano obtenido y las películas fueron caracterizadas mediante FT-IR y se observaron las bandas correspondientes al quitosano que son la tensión N–H a 1528 cm –1 del grupo amino y 1628 cm –1 del grupo acetamido, el porcentaje de desacetilación calculado fue de 80–95%. También se obtuvo un espectro Raman del papel de quitosano el cual presenta una banda doble a 1600 cm–1 correspondiente a los grupos amino y acetamido. Se observó la morfología de las películas a través de microscopía electrónica de barrido en modo ambiental (ESEM). Palabras clave: Cangrejos; caracterización; películas; quitosano.
ABSTRACT In this research, chitosan films and chitosan Schiff's type base derivative films were obtained. The chitosan obtention process used crab industry wastes, this required several steps such as: the deproteinization of the shells with NaOH, demineralization with HCl, discoloration with methanol (CH 3OH), deacetilation of the chitin with NaOH and later a purification with acetic acid (CH 3COOH). The procedure for chitosan obtaining was modified reducing the time of the process because the step of purification was eliminated using sodium sulphite (Na2SO3) during the deacetilation. The chitosan obtained and the films were characterized by means of FT-IR and the chitosan bands were observed which are the bands to N–H tension at 1528 cm–1 corresponding to an amine group and 1628 cm –1 band corresponding to acetamide group, the percen-
tage of deacetilation calculated was 80–95%. The chitosan paper Raman Spectrum presented a double band at 1600 cm–1 corresponding to amine and acetamide groups. The morphology of films was observed using scanning electronic microscopy in environmental mode (ESEM). Key words: Characterization; chitosan; crabs; films.
INTRODUCCIÓN La quitina es el segundo polisacárido más abundante en la naturaleza. Se encuentra en los crustáceos, en el exoesqueleto de algunos insectos y en las paredes celulares de muchos hongos y algas. El quitosano es su derivado, su principal fuente de producción es a partir de la desacetilación en medio alcalino de la quitina proveniente de los desechos de la industria cangrejera y camaronera. El quitosano es un polisacárido compuesto de dos subunidades D–glucosamina y N–acetil–D–glucosamina, las cuales están conectadas por la unión (1–4) glicosídica (véase la Figura 1) [1]. En general, los pasos para la obtención de quitosano a partir de los desechos de la industria cangrejera son: la desproteinización, la desmineralización, la decoloración y la desacetilación de la quitina. La caracterización de quitosano se puede realizar a través de UV, viscosimetría, difracción de rayos X, valoración
Celulosa R = OH
OH
R n
El interés hacia el quitosano y algunos derivados es debido a que su carácter catiónico es único, este compuesto tiene propiedades y actividad útiles en nuevas aplicaciones. La presencia de grupos aminas en la cadena polimérica ha hecho del quitosano uno de los materiales más versátiles que se pueden estudiar, por la posibilidad de realizar una amplia variedad de modificaciones [4]. El quitosano también es susceptible a modificaciones químicas debido al grupo hidroxilo [5]. Sin embargo, existen diferencias de comportamiento fisicoquímico de este compuesto dependiendo del origen, la forma de extracción, así como de la forma de desacetilación de la quitina [5]. El quitosano tiene muchas aplicaciones en distintas áreas de investigación, por ejemplo en la industria farmacéutica, cosmética, en medicina, biotecnología, industria alimenticia y en la agricultura, entre otros. Una aplicación importante es la obtención de películas de quitosano las cuales tienen como utilidad el tratamiento y regeneración de piel con quemaduras. Otros son los derivados de quitosano del tipo base de Schiff los cuales son aplicados como agentes antifúngicos. El quitosano también se utiliza para mejorar la calidad del papel de celulosa, ya que posee grupos funcionales positivos (al protonarse las aminas), los cuales estabilizan los grupos funcionales negativos que posee la celulosa. Entre algunas de las aplicaciones del quitosano en polvo está el tratamiento de agua mediante la adsorción de cationes metálicos como el plomo [6], cadmio [7], cobre [8-11], cromo [12], hierro [13], cinc [6], mercurio [6], paladio [14] y níquel [6]; adsorción de oxianiones que pueden estar complejados con estos iones metálicos, adsorción de fenoles y bifenilos policlorados, proteínas y el control de contaminación como un agente quelante [15]. En vista de estos planteamientos, el objetivo de esta investigación es obtener películas de quitosano y quitosano modificado, a partir de la quitina extraída de desechos de la industria cangrejera.
PARTE EXPERIMENTAL Materiales. Entre los reactivos se empleó agua desionizada, HCl (Riedel de Häen) para la desmineralización,
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Quitosano R = NH2
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Quitina R = NHCO-CH3
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CH2OH
conductimétrica, RMN, análisis elemental y espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FT-IR). Esta última brinda información cualitativa acerca de grupos funcionales y cuantificación del grado de desacetilación (DD) [2, 3].
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Figura 1. Estructuras de quitina, quitosano y celulosa.
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ácido acético (CH3COOH; Merck) para formar las películas, metanol (CH3OH; Merck) para la despigmentación y para disolver el p–dimetilaminobenzaldehído, etanol (CH3CH2OH; Merck) para la despigmentación, sulfito de sodio (Na2SO3; Merck) como antioxidante, NaOH (Merck) para la desproteinización y desacetilación, y 4–dimetilaminobenzaldehído (Riedel de Häen) para la formación de la base de Schiff. Se empleó el equipo de FT-IR Perkin Elmer Spectrum 100N, y un microscopio electrónico de barrido en modo ambiental FEI Quanta 200 F (ESEM). Muestras. Las muestras de desechos fueron suministradas por la empresa Clifford de Venezuela C.A, de crustáceos provenientes del Lago de Maracaibo, Venezuela.
Obtención de quitosano. Previo al proceso, los desechos de la industria cangrejera son lavados, limpiados y secados durante una hora a 100 °C, luego son triturados y pesados. La desproteinización de los desechos se realizó calentando (100 g) en una solución de NaOH al 10% y Na 2SO3 al 0.1% durante una hora. Se desmineralizó agregando una solución 6M de HCl a temperatura ambiente (para evitar la degradación del polímero) hasta desaparición de la efervescencia. Se despigmentó con lavados continuos de CH 3CH2OH o CH3OH puro (el alcohol se destila para ser reutilizado y se separan los pigmentos). La desacetilación de la quitina se realizó con una solución acuosa de NaOH al 30% y Na 2SO3 al 0.1% a una temperatura de 110– 120 °C durante 4 horas, repitiendo dos veces el procedimiento o hasta que el compuesto se decoloró y pasó de rosa pálido a blanco (en agua) o transparente (en ácido acético). Luego se lavó con agua desionizada, se filtró y se secó a temperatura ambiente. Formación de películas de quitosano. Se pesan 5 g de hojuelas de quitosano seco, se mezclan con 100 mL de H 2O y se rompen en una mezcladora aproximadamente 5 minutos a una velocidad de 200 rpm hasta la formación de una pasta. A 5 g de la pasta de quitosano se le agregan 100 mL de una solución de ácido acético en agua al 5% (v/v) formándose un gel transparente y viscoso. Este gel es colocado en moldes plásticos con un área de 150 cm 2 y luego son secados a temperatura ambiente y en ausencia de luz hasta la obtención de la película. Formación de la película de quitosano modificado del Tipo Base de Schiff. Se mezclan 5 g de quitosano con 90 mL de solución de CH3COOH acuoso al 5% (v/v), esto es mezclado con 10 mL de p–dimetilaminobenzaldehído al 2% p/v (disuelto en metanol), y calentado a una de las siguientes temperaturas 40, 60 ó 80 °C, hasta la formación de una solución amarilla, esta solución se deja secar en un molde durante 1 día hasta obtener la película.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN Purificación de la quitina. El primer paso de obtención de quitosano es la desproteinización de los desechos de cangrejo, en esta etapa se tratan las conchas de los crustáceos en medio alcalino a altas temperaturas (aproximadamente 115 °C) lográndose desna-
Figura 2. Espectro FT-IR de la quitina.
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Los crustáceos contienen pigmentos coloreados como: astaceno, astaxantinas, cantaxantinas, luteína y –caroteno. Estos pueden removerse a través de una despigmentación, con un disolvente que tenga afinidad con estos compuestos. Se emplearon dos disolventes: el metanol y el etanol. Obteniéndose mejores resultados empleando etanol puesto que se disminuyó el tiempo de exposición al disolvente a sólo una hora, mientras que con metanol son necesarias más de 12 horas, esto sin agitación. Tal como lo explica la cromatografía [17], se puede aplicar el índice de polaridad a la mayor afinidad de estos pigmentos al etanol, el índice de polaridad es una medida numérica de la polaridad relativa de varios disolventes, los valores son 10.2, 5.1 y 4.3 para los extractantes agua, metanol y etanol respectivamente, siendo la relación inversamente proporcional al poder de extracción de los disolventes etanol, metanol y agua.
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Para la desmineralización de los desechos de cangrejo el tiempo de exposición al ácido es de 1 hora aproximadamente, la cantidad de ácido necesario para la desmineralización equivale a la cantidad de minerales presentes en los desechos asegurando que sean disueltos, en este proceso se deben evitar concentraciones más altas de ácido por la posibilidad de degradación de la
quitina por ruptura de las uniones 1–4 glicosídicas, esto ocurre al protonarse la unión éter 1–4, provocando que el grupo acetal en C(1), se repliegue formando un hemiacetal lo cual divide la molécula polimérica, esto no permite que el proceso de desmineralización se realice a valores de pH menores de 3.
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turalizar la proteína presente; esto se debe a que el NaOH rompe los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas a las moléculas de las proteínas, lo cual hace que se separen y se dispersen en la solución acuosa, la adición de un antioxidante como el Na2SO3 evita la ruptura de las cadenas poliméricas de la quitina, lo cual produciría la disminución del peso molecular de la misma. Al romperse la unión 1–4 glicosídica por acción del álcali, la quitina se despolimeriza perdiendo algunas propiedades físicas esenciales para la obtención de las películas de quitosano, comúnmente las moléculas de glucopiranosas siendo azucares no reductores, son estables en medio alcalino, pero en condiciones extremas como en la desproteinización y sobre todo en la desacetilación, las moléculas poliméricas no resisten estas condiciones y se despolimerizan disminuyendo la longitud de la cadena [16].
51
2137
1531 1390 830
1277
779
1642 3348
3940
3600
3200
2800
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2000
1800 cm–1
1600
1400
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1000
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Caracterización de la quitina. Después de la despigmentación se caracterizó la quitina obtenida mediante FT-IR. La Figura 2 muestra el espectro FT-IR de la quitina, este muestra una banda de tensión de vibración –OH a 3600–3500 cm–1, las bandas correspondientes a la tensión de vibración –NH secundaria a 1636 cm–1 que se solapa con la banda de tensión C=O a 1670 cm–1 del grupo acetamido. Se observa una pequeña banda a 1528 cm –1, correspondiente a una mínima cantidad de grupos aminos presentes en la quitina luego del proceso de desproteinización con NaOH. Desacetilación de la quitina. La reacción de desacetilación de la quitina con hidróxido de sodio, es la hidrólisis de los grupos acetamido presentes en el C(2) de la quitina. Debido a la resistencia que presentan estos grupos por la conformación trans de los sustituyentes en C(2) – C(3), es necesario el tratamiento térmico a altas temperaturas para obtener quitosano. La principal diferencia entre el quitosano y la quitina es su solubilidad en soluciones de ácidos diluidas debida a que la fracción de grupos NH3+ es suficiente como para favorecer la solubilización del polímero. Esta solubilidad también depende del peso molecular obtenido, mientras más grande sean las moléculas más difícil será su solubilización, el quitosano soluble de bajo peso molecular no es muy útil para la obtención de películas debido a que son muy frágiles, esto posiblemente se debe a que durante el reordenamien-
to de las moléculas, estas no tienen suficientes ramificaciones para entrecruzarse (de forma física) y se requiere mayor espesor para que sean más resistentes. Para mantener un alto peso molecular se plantea que la adición de un antioxidante como el Na2SO3 evita que el NaOH reaccione con los grupos hemiacetálicos (formados durante la desmineralización) oxidándolos y formando grupos carboxilos. Experimentalmente se logró comprobar a través del FT-IR que la quitina al desacetilarse más del 85%, cambia de color blanco a transparente en ácido acético acuoso (30% v/v). Este quitosano no se disuelve en medio ácido, en vez de esto las hojuelas blancas de quitosano se hinchan y aumentan su volumen y se tornan totalmente transparentes al agregarles agua, para romper estos gránulos hinchados se debe aplicar presión o utilizar una mezcladora obteniendo una solución transparente. Esto se debe a que el quitosano posee grupos aminos los cuales se protonan en medio ácido, en toda la superficie polimérica se producen cargas positivas las cuales les brindan solubilidad y por ende transparencia. Películas de quitosano. Las películas se forman por el reordenamiento de las moléculas durante el secado del quitosano en gel o en solución. Se observó que las películas no se pueden exponer a elevadas temperaturas debido a que se fracturan, esto es debido a que
Figura 3. Película de quitosano.
2923
1321 1554 1407
BIOFILM®
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3972 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 820 cm-1 b)
En la Figura 5 se muestran los espectros infrarrojo de las películas de quitosano en a) experimental y b) comercial (Biopiel®), en ambos se observa la aparición de un pico a 1530 cm–1 correspondiente a la flexión N–H de la amina primaria formada mediante la desacetilación. Estas películas poseen la misma apariencia, son transparentes y se adhieren fácilmente en la piel, por lo que tienen como utilidad la cicatrización de la piel cuando se sufre de una quemadura fuerte.
1257 2915 3259 Película de Quitosano
1415 1306 1378 1620 1528 1151
898 953
53
1066
Figura 4. Micrografías ESEM de película de quitosano a distintos aumentos: a) 1500x, b) 12000x y de una película de quitosano comercial Biopiel® c) 800x.
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Las películas sólo se pueden desprender de moldes de plástico o teflón, al utilizar moldes de vidrio quedan adheridas completamente siendo muy difícil su desprendimiento. Esto se debe a que la superficie del vidrio contiene silicatos con carga negativa (–), en las terminaciones Si–O– los cuales tienen unas interacciones muy fuertes con los grupos aminos protonados (+) del quitosano. En cambio los polímeros tienen grupos funcionales olefínicos C=C y no tienen afinidad con el quitosano.
a)
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En la Figura 4 se observa la ESEM de una película de quitosano obtenida. En las micrografías se puede observar que las películas son totalmente lisas, no se evidencian poros o fracturas y en el corte se observan las capas que forman la película.
Figura 5. Espectro FT-IR de película de quitosano a) comercial (Biopiel), y b) experimental.
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se rompen los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las películas. En la Figura 3 se observa una película de quitosano.
3970 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 820 cm-1
Brugnerotto et al. [18] han estudiado la cuantificación del porcentaje de acetilación (DA) tomando en cuenta la banda de absorción en el infrarrojo a 1320 cm–1 considerada como la contribución de la amida III (ecuación 1), calculándola a partir del cociente A 1320/ A1420. La correlación entre el valor experimental DA y el cociente A1320/A1420 se ha expresado mediante la siguiente relación: A1320 A142
= 0.3822 + 0.03133 • DA (R 2 = 0.99) (1)
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Películas de quitosano modificado del tipo Base de Schiff. Para esta síntesis se utilizó quitosano y el p–dimetilaminobenzaldehído, el resultado es un compuesto amarillo que contiene un grupo funcional imina C=N conocido como base de Schiff. Este grupo le confiere al quitosano la cualidad de ser un agente antifúngico. Comúnmente estos compuestos se emplean para preservar la madera, estos se rocían sobre la superficie y se forma una película protectora que evita la proliferación de hongos. En la Figura 6 se muestra una película del tipo quitosano base de Schiff.
El mecanismo de formación de la base de Schiff es en dos etapas. La primera es la adición de la amina nucleófila del quitosano al carbono carbonílico del p– dimetilaminobenzaldehído, seguido por la pérdida de un protón del nitrógeno y la protonación del oxígeno. En esta reacción se mantiene el pH alrededor de 4 con la adición de CH 3COOH, esto es necesario ya que el carbono carbonílico del aldehído debe protonarse para activarse y ser susceptible al ataque nucleófilo, el pH no debe ser menor porque se protonarían los grupos aminos del quitosano y perderían su nucleofilia. La segunda etapa es la protonación del grupo OH formado en la primera etapa, el cual se pierde como H2O en una reacción de eliminación formándose la imina. En la Figura 7 se muestra la reacción general. En la Figura 8 (a, b y c) se muestra la película de quitosano modificado del tipo base de Schiff empleando ESEM, en estas micrografías se puede observar que la película está conformada por bloques del compuesto los cuales están dispuestos en distintos tamaños por toda la superficie, todos estos bloques poseen nanoporos de alrededor de 150–300 nm.
Figura 6. Película de quitosano base de Schiff.
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En esta investigación se obtuvo quitosano con porcentajes de desacetilación (DD) que oscilan entre el 80 y el 95%, donde DD = 100 – DA.
En el espectro de quitosano modificado del tipo base de Schiff (véase la Figura 9) se observan tres bandas entre 1650 y 1550 cm–1 correspondientes a los grupos C=O de la amida, C=N de la imina y flexión de la amina –NH2, también se observa la disminución de las bandas de alargamiento C–N (entre 1100–1020 cm–1), y las cuatro bandas correspondientes al estiramiento C=C del anillo aromático (entre 1600–1500 cm–1), las cuales solapan la banda N–H. Se puede ver una banda localizada entre 700 y 900 cm–1, correspondiente a la flexión
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Figura 7. Reacción entre el quitosano y el p–dimetilaminobenzaldehído.
CHO
CH2OH
CH2OH O
6 O
O
N(CH3)2
OH
NH2
HAc -H2O
OH
NHCOCH3
4
CH2OH 5
CH2OH O
3
2
OH
N C
O
1
O OH H
N(CH3)2
7
NHCOCH3
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SUSTENTABILIDAD
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Figura 9. FT-IR de película de quitosano modificado del tipo Base de Schiff.
2130
1550
1648
2917
1603
3359
1419
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1374 Quitosano Base de Schiff
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56
4038
3600
3200
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1200
1000
800
600
cm
-1
Figura 8. Micrografías ESEM de la película de quitosano del tipo base de Schiff a distintos aumentos: a) 3000x, b) 16000x y c) 60000x.
C–H del anillo aromático,y un pico a 1400 cm–1 correspondiente a la flexión C–H de los metilos. También se aprecia un pico en 1160 cm–1 correspondiente al enlace glucosídico C–O–C, y se observa la disminución de la absorción correspondiente a las bandas de la amina primaria que se encuentran entre 1100 y 950 cm–1.
CONCLUSIONES Se logró la metodología adecuada para obtener películas de quitosano y películas de quitosano del tipo base de Schiff. Se caracterizaron las películas mediante espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier (FT-IR). Y se observaron las películas a través de ESEM.
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El FD-5 tiene una interfaz de usuario intuitiva que ofrece mediciones rápidas para los operadores de prensa que controlan el proceso de producción de la densidad o con colorimetría. Mientras que el FD-7 tiene la capacidad de funcionar al igual que el FD-5, también tiene la capacidad adicional de capturar los datos espectrales e incluso medir las condiciones a plantas de iluminación con la función
La nueva serie FD proporciona datos repetibles para fabricantes que requieren la comunicación del color dentro de las plantas, entre varios locales de impresión, y con compañías de gestión de marca. El acuerdo excelente interinstrumental le ayudará a mejorar su proceso de control de calidad entregándole mediciones rápidas y precisas una y otra vez. El FD-5 y FD-7 le permitirá alcanzar no sólo el color consistente que su impresión y empaque necesitan, sino que también le ahorra tiempo y dinero durante el proceso de producción y fabricación. Konica Minolta
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Comprendiendo las necesidades que la sociedad de consumo que exige, si no la mayoría, todos los productos que requieran empaque, hemos desarrollado la nueva serie de espectrodensitómetros FD. Los dos modelos disponibles FD-5 y FD-7 son ambos instrumentos portátiles de peso ligero, que pueden medir la densidad y el color teniendo en cuenta la fluorescencia del sustrato de papel.
de medición de la iluminancia. También se puede utilizar en modo de escaneo para la medición de cartas de pruebas utilizadas con la intención de proporcionar datos espectrofotométricos o colorimétricos a software de terceros partidos de gestión de color ICC.
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Para establecer la autenticidad, la seguridad, la marca y empaque de sus productos, Konica Minolta Sensing ha identificado las condiciones necesarias para obtener el éxito de las medidas del color exactas que son esenciales para el control de calidad en la impresión y empaque de sus productos.
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Mediciones de color confiables para aumentar la eficiencia de su impresión y empaque
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Envases biodegradables para el envasado de productos cosméticos y de parafarmacia La industria de productos cosméticos y de parafarmacia es una industria con un gran volumen de mercado a nivel mundial. El envase de este tipo de productos juega un papel importante en la elección de compra del consumidor: la apariencia, el color, la forma, el tipo de material empleado y cada vez más, el impacto medioambiental generado por el producto. La combinación de todas estas variables, aporta una diferenciación de producto en el mercado. Hoy en día, la conciencia medioambiental de los consumidores ha provocado un creciente interés de las empresas de cosmética y parafarmacia por el “marketing verde”.
ALMUPLAS S.L., que lidera el proyecto, TALLERES PENA S.L., TALLERES RUBLA S.L. y con la colaboración de AIMPLAS como centro tecnológico.
Una de las alternativas para incrementar la sostenibilidad en los productos es el uso de materiales biodegradables. En el sector cosmético y de parafarmacia, se está trabajando en ello desde hace muy poco debido a la limitación que todavía presentan estos materiales alternativos, tanto de alcance de requerimientos específicos (resistencia mecánica, química, propiedades barrera, etc.) como de procesado por las tecnologías convencionales.
El objeto de la investigación es la obtención de envases biodegradables de baja capacidad (de entre 150–500 mL) para envasado de productos cosméticos y de parafarmacia: cremas, geles, champús, colutorios, etcétera. Manteniendo las propiedades que poseen los envases de materiales convencionales.
Uno de los retos que se plantea actualmente es la posibilidad de obtener envases biodegradables que cumplan los requerimientos establecidos y que sean obtenidos por el proceso convencional. Para afrontar este desafío se está llevando a cabo el proyecto BIO P FARM, financiado por el CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial). El proyecto de investigación que comenzó en 2011 y finalizará en junio de 2013, cuenta con la participación de tres empresas españolas:
El objetivo del presente proyecto es el desarrollo de un material biodegradable a partir de diferentes grados de materiales comerciales, además del diseño del utillaje específico para el procesado de dicho bio-compuesto mediante extrusión soplado de cuerpo hueco. Ampliando así, el campo de aplicación de los materiales biodegradables a una tecnología que está limitada a materiales de características específicas (alta resistencia en fundido y cohesión molecular) y optimizar el diseño del equipamiento requerido para procesar estos materiales, buscando la misma producción que se consigue al utilizar materiales convencionales.
Actualmente es posible encontrar diferentes grados de materiales biodegradables comerciales, tanto procedentes de fuentes renovables como no renovables, pero no hay grados comerciales específicos para la obtención de envases mediante extrusión soplado de cuerpo hueco, debido a las particulares características que presentan los materiales utilizados en este tipo de tecnología: gran resistencia en fundido, baja variación de la viscosidad con la temperatura y alta cohesión molecular. Es por ello, que el proyecto BIO P FARM nace con la necesidad de adaptar este tipo de materiales a este campo y que sea capaz de englobar las propiedades físicas y reológicas que requiere la tecnología en cuestión para su procesado y las propiedades requeridas para su aplicación en el sector cosmético.
Por otra parte, el material debe aportar una buena resistencia química en medio alcohólico y tensioactivo para ser capaz de mantenerse intacto del ataque del producto a albergar, una resistencia mecánica adecuada, de forma que soporte el apilado sufrido en el almacenamiento y transporte del envase, buena resistencia térmica, de forma que soporte las temperaturas durante el proceso de envasado y por último, una buena permeabilidad a gases, para que se preserven los aromas del producto a contener y no pierda calidad. Además, el envase debe tener unas propiedades de barrera a la radiación UV adecuadas, es decir, que sea lo suficientemente resistente para evitar la degradación de los componentes del producto envasado por efecto de la luz. Al igual que sucede con los materiales convencionales, en los materiales biodegradables existe la posibilidad de añadir “masterbatch” de color para poder realizar envases de diferentes colores, haciendo el envase más atractivo al consumidor. Este tipo de compuestos se suelen adicionar en un porcentaje bajo (aproximadamente entre un 1 o 3%, dependiendo del poder cubriente del mismo), lo cual no cambia a las propiedades físico-químicas del envase. Actualmente se pueden encontrar en el mercado “masterbatches” de color en base polimérica biodegradable, lo cual hace que la biodegradabilidad no se vea afectada.
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Buenas propiedades físicas, reológicas, mecánicas, químicas, térmicas y de barrera. El material a desarrollar, debe contar con una alta resistencia en fundido y alta cohesión molecular, es decir que posea una consistencia adecuada en estado fundido para que el “parison” no se descuelgue, obteniendo así una distribución de espesores uniforme a lo largo del envase.
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Esta técnica se emplea principalmente para el procesado de termoplásticos convencionales como polietileno de alta densidad (PEAD), policloruro de vinilo (PVC) y en menor medida, polietilentereftalato (PET).
Figura 1. Envases obtenidos mediante extrusión soplado de cuerpo hueco para productos cosméticos con diferentes materiales comerciales.
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La tecnología que se utiliza para obtener la mayoría de los envases destinados al sector de la cosmética y parafarmacia es la extrusión soplado de cuerpo hueco. Este proceso continuo, consiste en la extrusión en vertical de un termoplástico fundido con forma de estructura tubular, también llamado “parison”. Cuando las dimensiones del “parison” son las establecidas, el molde se traslada hacia él, se cierra y lo atrapa en su cavidad interior. Posteriormente se corta con una cuchilla por la parte superior y en la estación de soplado, se inserta una aguja que insufla aire a presión, haciendo que el material plástico se expanda y se pegue sobre las paredes del molde, adoptando su forma. La Figura 1 muestra este tipo de proceso. Este tipo de proceso es muy versátil, pudiéndose obtener todo tipo de botellas y piezas con geometrías muy dispares y con capacidades desde 100 mL hasta 2500 litros.
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NOTAS DEL SECTOR
Sin embargo, uno de los retos más ambiciosos del proyecto será mantener el peso del envase conservando las propiedades anteriores, teniendo en cuenta que la densidad de los materiales biodegradables es un 25 % superior al de los materiales poliméricos convencionales. Todas estas características harán que el envase cumpla con las expectativas requeridas, y además con el valor añadido de ser más respetuosos con el medioambiente.
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Elaborado por el proceso convencional de extrusión soplado de cuerpo hueco.
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Esta característica que, a priori parece sencilla, es una tarea difícil de alcanzar. Además de disponer de un material que cumpla las propiedades anteriormente descritas, este tipo de materiales, deben de ser procesables por métodos convencionales y mantener la misma producción por lo que es necesario adaptar el equipamiento auxiliar; husillo, moldes, núcleos, sistemas de refrigeración, etcétera. Los materiales biodegradables comerciales presentan una sensibilidad mayor a la temperatura, presión y cizallamiento que los materiales convencionales. Figura 2. Proceso de extrusión soplado y envases obtenidos en el proyecto.
El diseño del husillo es el elemento más importante del proceso de extrusión, de forma que hay que tener en cuenta las diferentes variables que dependen de él: el cambio volumétrico que sufre el material cuando pasa de estado sólido a fundido y la capacidad de mezclado para obtener un compuesto homogéneo sin llegar a la degradación del mismo. Por lo tanto, hay que dotar al husillo de un diseño específico que favorezca estas dos particularidades.
En el proyecto BIO P FARM se ha estudiado y optimizado la configuración del husillo, obteniendo resultados muy satisfactorios en la alimentación, plastificación y dosificación del material. En cuanto al equipamiento del proceso de soplado como tal, existen unos equipos determinados como cabezal o el molde, que también requieren de una configuración especial según las características estructurales del material a utilizar. En el transcurso del proyecto, se ha trabajado en el diseño y ajuste de este tipo de útiles para adaptarlos a la extrusión de los nuevos materiales. El control de los parámetros como el hinchamiento del material a la salida del cabezal, la contracción que sufre la pieza en el interior y exterior del molde o la evacuación de calor que proporciona el molde, son aspectos fundamentales tanto en el acabado como en las propiedades finales del envase e incluso en el tiempo de ciclo de producción del mismo. Engranaje en armonía Para llevar a cabo un resultado de éxito, se necesita un excelente domino de conocimientos técnicos a lo largo de toda la cadena de valor. Es por ello que las empresas participantes en el proyecto han trabajado de forma conjunta para alcanzar los objetivos, aportando su “know-how” en cuanto a extrusión soplado de cuerpo hueco, diseño de husillos, moldes y útiles de dicho proceso para abordar la utilización de materiales biodegradables en este sector. Fuente: Farmaindustrial
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Soluciones de empaque y líneas de producción
Es posible que durante el tiempo que tengamos siendo consumidores de productos en general nunca nos hemos detenido un momento a pensar en el empaque o contenedor donde viene el producto que adquirimos. Derivado por la crisis que se vive actualmente y la constante búsqueda de las empresas en bajar los costos se pueden ver empaques de todo tipo, desde los más vistosos sin importar que la forma afecte el precio del producto hasta los más simples que cumplen únicamente con proteger el artículo para que llegue al consumidor final sin que éste presente algún problema visible. Cuando esta situación se ve desde la perspectiva del consumidor se busca que el empaque no sea un factor que afecte el precio de lo que se está comprando, pero tenga un funcionamiento óptimo para la protección del producto. Por otro lado, el fabricante busca que el empaque sea funcional y que su costo no repercuta en incrementar el precio del producto, en la actualidad esto puede poner en riesgo las ventas de la compañía, no
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olvidemos que en este momento vivimos en una época de alta competitividad contra mercados internacionales que en ocasiones suelen ser un poco más “desleales” en su forma de competir. Seguramente todos hemos estado en cualquiera de estas situaciones pero quiero compartir la importancia de las soluciones de empaque en las líneas de producción. En toda la cadena productiva de cualquier empresa (exceptuando las empresas de servicios) el último eslabón es la línea de empacado donde una falla puede ser un factor determinante para el éxito o fracaso de una operación. Si planteamos algunos escenarios nos podemos dar cuenta de la importancia de tener las soluciones adecuadas para este proceso, por ejemplo qué pasa si no tenemos una “caja” adecuada para el peso del producto?; qué pasa si la “cinta” no pega de forma adecuada?; qué pasa si el “strech” no es suficiente para dar solidez a la tarima?; qué pasa si el producto es frágil y se tiene el riesgo de llegar en malas condiciones por no utilizar “poli burbuja” o “foam” para su protección o simplemente si alguno de estos materiales faltara, no se podría concluir con la producción y esto frenaría todo el proceso previo sin poder iniciar la distribución de cualquier material. Si para toda empresa es importante el producto que comercializan, es importante dedicarle el tiempo necesario al empaque del mismo, desde su diseño, tamaño, costo, materiales, calidad sin dejar de lado el abasto de los mismos. Hoy en día sí es necesario tener los empaques óptimos que garanticen la protección de un producto hasta llegar al consumidor final. Cuando esto se cumple, podemos decir que el empaque cumplió con dar solución al producto que pasó desde una línea productiva hasta ser comer-
cializado. De otra forma se corre el riesgo de varios factores como robo, maltrato, o devoluciones por el estado del producto, no olvidemos que las tiendas de autoservicio y grandes mayoristas trabajan con un alto control de recibo de mercancía.
INFLUENCIA DE LA MERCADOTECNIA EN LA INDUSTRIA DEL EMPAQUE Desde sus orígenes hasta la actualidad el empaque no ha perdido la esencia de proteger el producto que contiene para que éste llegue en óptimas condiciones a lo que sea su destino final. Pero si bien la finalidad del empaque ha sido y será siempre la misma, podemos ver en estos tiempos cómo los empaques dicen mucho de las empresas que se preocupan por tener empaques vistosos que más allá de proteger el producto, dan una imagen a la marca y en muchos casos estos empaques tienen un objetivo publicitario ya que contienen toda la información de la empresa del producto y de sus beneficios. En muchas ocasiones los empaques son expuestos en los puntos de venta sin mostrar el producto; esto es lo que ha revolucionado la mercadotecnia en el medio del empaque. Si hacemos memoria de algunos artículos que hemos adquirido últimamente no podemos negar que además del producto muchas veces nos inclinamos por el empaque más vistoso e incluso lo conservamos para guardar otra cosa o simplemente porque no lo queremos tirar. Fuente: Navitek
Av. Santa Rosalía No. 106, Col. Insurgentes San Borja, Del. Benito Juárez, México, D.F. C.P. 03100 Tel.: 5488.5170 www.navitek.com.mx
IFFA es la principal feria internacional para el procesamiento, embalaje y comercialización de la industria de la carne. Ha sido la plataforma global para el sector procesador de carne y es el foro más importante del mundo para decidir inversiones sobre cárnicos desde 1949. Gracias a la gran amplitud y especialización de la gama de soluciones expuestas, así como el número excepcionalmente elevado de expositores y visitantes internacionales, IFFA ofrece cada tres años una demostración convincente de su posición destacada en el sector.
Punto de reunión para los profesionales de la industria alimentaria, en donde una vez al año los principales proveedores del sector y productores de alimentos se encuentran para hacer negocios y favorecer los resultados de sus respectivas empresas.
ALIMENTARIA MÉXICO 2013 Un mundo de Alimentos y Bebidas 4 al 6 de Junio, 2013 Sede: Centro Banamex México, D.F. Organiza: Reed Exhibitions y E.J. Krause & Associates, Inc. Teléfono: +52 (55) 1087 1650 Fax +52 (55) 5523 8276 E-mail: morales@ekkrause.com Web: www.alimentaria-mexico.com Una de las exposiciones de alimentos, bebidas y equipos más importantes del país en el sector alimentario, caracterizados por ser la feria internacional más profesional de la industria de alimentos y bebidas en México.
EXPO PACK MÉXICO 2013 Tecnología de envasado y procesamiento para su producto. 18 al 21 de Junio, 2013 Sede: Centro Banamex, D.F., México Organiza: PMMI Teléfono: +52 (55) 5545-4254 Fax: +52 (55) 5545-4302 E-mail: ventas@expopack.com.mx Web: www.expopack.com.mx Más de 900 expositores de soluciones de envasado y procesamiento y 25 mil profesionales que asisten cada año hacen a Expo Pack el evento de negocios líder en Latinoamérica.
SEMINARIO DE TECNOLOGÍA DE BEBIDAS 6 al 8 de Agosto, 2013 Sede: WTC, D.F., México Organiza: Alfa Promoeventos Teléfono: +52 (55) 5582 3342 E-mail: seminarios@alfapromoeventos.com, ventas@alfapromoeventos.com Web: www.expotecnoalimentos.com La diversificación de nichos de mercado ha llevado a los fabricantes de bebidas a diseñar soluciones específicas para cada tipo de consumidor, con el objetivo de garantizar ventas y ofrecerles un producto acorde con sus intereses, “hecho a su medida”. Para ello es necesaria la implementación de tecnologías, entendidas desde distintos enfoques para garantizar el éxito comercial. En el “Seminario de Tecnología de Bebidas” encontrará conocimientos prácticos en torno a innovación, tendencias, desarrollo y marketing de bebidas, aplicables a todos los productos de esta dinámica industria, como es el caso de bebidas estéticas y reductivas, bebidas funcionales y para el proceso cognitivo, bebidas carbonatadas, y bebidas deportivas, entre otras.
SEMINARIO DE INGREDIENTES FUNCIONALES. INNOVACIÓN, TECNOLOGÍA Y TENDENCIAS 6 al 8 de Agosto, 2013 Sede: WTC, D.F., México Organiza: Alfa Promoeventos Teléfono: +52 (55) 5582 3342 E-mail: seminarios@alfapromoeventos.com, ventas@alfapromoeventos.com Web: www.expotecnoalimentos.com Los ingredientes funcionales, que dan vida a los alimentos funcionales, se han convertido en la pieza clave de los productos fabricados con el propósito de otorgar valores agregados a la salud y bienestar del consumidor. Debido al actual repunte en
CALENDARIO DE EVENTOS
6 al 8 de Agosto, 2013 Sede: WTC, D.F., México Organiza: Alfa Promoeventos Tel. 52 (55) 5582 3342 E-mail: seminarios@alfapromoeventos.com, ventas@alfapromoeventos.com Web: www.expotecnoalimentos.com
Junio 2013
4 al 9 de Mayo, 2013 Sede: Messe Frankfurt Organiza: Messe Frankfurt Exhibition GmbH Teléfono: +49 69 75 75 - 6474 Fax: +49 69 75 75 - 6758 E-mail: Antje.Schwickart@messefrankfurt.com Web: www.iffa.com
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TECNOALIMENTOS EXPO 2013
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IFFA
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CALENDARIO DE EVENTOS
ventas de este tipo de alimentos, cuya tendencia mundial es que se mantengan a la alza, en el “Seminario de Ingredientes Funcionales. Innovación, Tecnología y Tendencias” le presentamos un amplio programa de herramientas técnicas pensadas en beneficiar el éxito de sus productos con propiedades funcionales; con ponencias sobre el futuro de los nutracéuticos, control de peso, demanda de sabores, envejecimiento saludable, salud ósea y cerebral, ácidos grasos esenciales, niveles de sal, probióticos y prebióticos, productos para celíacos, y fitosteroles, entre otros temas.
SEMINARIO DE TECNOLOGÍA DE LÁCTEOS
| Todoempaque
Mayo
Junio 2013
6 al 8 de Agosto, 2013 Sede: WTC, D.F., México Organiza: Alfa Promoeventos Teléfono: +52 (55) 5582 3342 E-mail: seminarios@alfapromoeventos.com, ventas@alfapromoeventos.com Web: www.expotecnoalimentos.com
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Los lácteos son uno de los mercados alimentarios con mayor diversidad de productos que tienen como base un mismo ingrediente: la leche. Desde yogurts hasta quesos, esta industria representa una oportunidad de éxito para nuevas ideas con miras a ser realidad. Por ello, en el “Seminario de Tecnología de Lácteos” le presentamos una práctica selección de ponencias en torno a tendencias comerciales, microbiota y probióticos, control de peso, inmunidad, yogurts, bebidas lácteas fermentadas, reducción de sal en quesos, desarrollo de bacterias, quesos análogos, vida de anaquel, etcétera; con el objetivo de que usted cuente con las herramientas suficientes para mejorar sus productos lácteos o desarrollar innovaciones que se adapten a los requerimientos de los consumidores.
SEMINARIO DE MAQUINARIA, INSTRUMENTACIÓN Y AUTOMATIZACIÓN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA 6 al 8 de Agosto, 2013 Sede: WTC, D.F., México Organiza: Alfa Promoeventos Teléfono: +52 (55) 5582 3342 E-mail: seminarios@alfapromoeventos.com,
ventas@alfapromoeventos.com Web: www.expotecnoalimentos.com Una producción de alimentos y bebidas exitosa debe parte de sus logros a la tecnología de la que se dispone en una planta. Y dentro de esa tecnología, temas como protocolos de comunicación, escalabilidad, sistemas instrumentados de seguridad, sensores, válvulas de flujo, motores con variadores de velocidad, etcétera, adquieren una importancia vital para la compañía. Pensando en ofrecerle un completo panorama de las novedades actuales en lo que a tecnología para la producción alimentaria se refiere, le presentamos el “Seminario de Maquinaria, Instrumentación y Automatización en la Industria Alimentaria”, un programa técnico donde empresas proveedoras y desarrolladoras de productos y servicios de automatización e instrumentación, presentarán las últimas tendencias para mejorar el rendimiento de las funciones operacionales de una empresa industrial moderna.
DRINKTEC 2013 Feria líder mundial para la industria de bebidas y alimentos líquidos 16 al 20 de Septiembre, 2013 Sede: New Munich Trade Fair Centre, Munich, Alemania Organiza: Messe Munchen GmbH Teléfono: +49 (89) 949 21482 Fax: +49 (89) 949 97 21482 E-mail: Johannes.Manger@messe-muenchen.de Web: www.drinktec.com drinktec es la Feria Mundial de Tecnologías de Bebidas y Alimentos Líquidos, y el certamen más importante de este sector. Aquí se reúnen los fabricantes y proveedores del mundo entero, entre ellos grandes compañías internacionales y medianas empresas, quienes se citan con pequeños y grandes fabricantes o comerciantes de bebidas y alimentos líquidos. drinktec es considerada en el sector como la plataforma de presentación de novedades mundiales. Los fabricantes exhiben las más recientes tecnologías de la fabricación, el llenado y el envasado de todo tipo de bebidas y alimentos líquidos, al igual que materias primas y soluciones logísticas incluidas. Los temas de marketing de bebidas y diseño de embalajes completan el abanico de prestaciones. En la edición de 2013 se espera la participación de aproximadamente 1,500 expositores de más de 70 países y de alrededor de 60,000 visitantes provenientes de más de 170 países.
Índice de Anunciantes COMPAÑÍA
CONTACTO PAG.
ABC del Mantenimiento, S.A. de C.V. contacto@melerdemexico.com 23 Alimempaques S.A. de C.V. aclientes@condimentosnaturales.com 1 Confitexpo 2013 ventas@confitexpo.com 9 Grupo IPC ipcmkt@ipc.com.mx 27 Industrias Alimenticias Fabpsa, S.A. de C.V. www.fabpsa.com.mx 11 ISA Codificadores, S.A. de C.V. isa@codificadores.com.mx 7 Konica Minolta sensing@konicaminolta.com.mx 57 MayaPack, S.A. de C.V. ventas@mayapack.com.mx 21 Megaempack www.megaempack.com 31 Multivac México, S.A. de C.V. contacto@multivac.com 30 Navilux, S.A. de C.V. www.navitek.com.mx 4ta forros PLM www.especialidadalimentaria.com 55 Saint Gobain, S.A. de C.V. juan.fernandez@ext.saint-gobain.com 3 Tecnoalimentos Expo 2013 ventas@alfapromoeventos.com 2da, 3ra forros Watson Marlow, S. de R.L. de C.V. ventas@wmpg.mx 25