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Soluciones flexibles

03 may 2018

Sellado de empaques flexibles: descubra el éxito de la eficiencia en una línea empacadora

Con este post iniciamos una serie enfocada en el sellado de los empaques flexibles en máquinas empacadoras o envasadoras, ya sean ellas horizontales HFFS (Horizontal Form Fill and Seal) o verticales VFFS (Vertical Form Fill and Seal).

Una primera meta para cualquier empacador –después de sufrir la dolorosa tarea de diseño gráfico y determinar la estructura adecuada para cumplir la vida de anaquel de un producto que se empacará en un empaque flexible, distribución y requisitos de uso— es mantener las eficiencias o rendimientos de la línea de empaque. Aunque la rigidez del material, el calibre y el coeficiente de fricción juegan un papel importante, son las propiedades de sellado las que determinan qué tan exitoso será el nuevo empaque. Las propiedades claves de sellado que afectan el desempeño de un material en máquina empacadora son:

  • La mínima temperatura de sellado
  • La fuerza de sellado
  • El rango de sellado
  • El hot tack

Temperatura de sellado

También llamada iniciación de temperatura de sellado, ITS, es la temperatura mínima requerida para obtener un sellado adecuado. Típicamente la temperatura, TMS, corresponde a la temperatura donde del 60 al 80 %  del polímero se ha fundido y se ha vuelto amorfo, o no-cristalino.

El valor de “sellado adecuado” necesita ser definido para cada aplicación de empaque. Por ejemplo 200 g/in es común para muchas aplicaciones de snacks. La importancia de esta especificación es que está estrechamente relacionada con la temperatura y el tiempo de residencia de las mordazas de sellado en el material (dwell time) en la máquina empacadora. En teoría, entre más bajo este valor más rápido corre la máquina empacadora, aunque se dan otras variables que juegan aquí.

Con una baja TMS es menor la energía que se requiere para obtener suficiente calor desde afuera del empaque hacia adentro de éste, para fundir el sellante o iniciar el sellado, o en términos de máquina, correr a menor temperatura y menor tiempo de residencia para obtener el mismo sellado. De igual forma, con un sellante de mayor TMS, se requerirán temperaturas de mordazas de sellado más altas y/o tiempos de residencia de mordazas mayores (o menor velocidad de máquina).

Fuerza de sellado

Así como TMS es definido por temperatura, la fuerza de sellado es definida por fuerza y se describe generalmente como g/in (gramos/pulgada). ASTM F88, define la fuerza de sellado como la medida de la habilidad del sellado de un empaque para resistir la separación. Típicamente, una muestra de una pulgada de ancho es cortada del área de sellado y los lados opuestos son halados a 180 grados en un dinamómetro (máquina medidora de fuerza de tensión). Entonces, se mide la fuerza de separación del sellado de la muestra. (Ver Fig.1)

Figura 1
Figura 1

La fuerza de sellado es un atributo físico importante que ayuda a definir cuán difícil o fácil un sellado puede estar comprometido. En algunos casos una fuerza de sellado baja es deseada. Los consumidores prefieren ser capaces de abrir fácilmente un snack o una bolsa de cereal, pero sus sellados deben ser formulados para resistir la distribución y el manejo.

Típicamente, las fuerzas de sellado son diseñadas en el rango de 150 g/in a 200 g/in en las aplicaciones de snacks. Para la parte médica, farmacéutica, industrial y aplicaciones de líquidos es necesario asegurar hermeticidad e integridad del sellado a través de toda la distribución y tener fuerza de sellado altas 100 g/in – 2500 g/in.

Finalmente, así como la TMS corresponde a una fundición entre el 60-80% del polímero de sellado (mayor para el PP, menor para el PE) las pruebas para una fuerza de sellado completa corresponden al 100% del polímero de selle fundido en la superficie sellante, durante el proceso de sellado.

Forma de falla del sellado

La forma de falla del sellado es otra importante pieza de información. Entender cómo falla un sellado, o el mecanismo de falla, es muy importante en el desarrollo de mejores productos para cada aplicación.

Los sellados pueden fallar “limpiamente” de una manera pelable o, dicho de otra manera, fallar entre capas adyacentes sin ruptura del polímero en cada capa. Este tipo de sellado es deseable en aplicaciones médicas, tapas para vasos o bandejas y aún en algunas aplicaciones de productos secos como bolsas para cereales. Una falla del sellado por rasgado o ruptura de la estructura del laminado, se da cuando hay una total fusión molecular y el polímero de un lado se entremezcla con el polímero del otro lado formando una soldadura (no separable por la interface donde se inició la mezcla y fusión. Es decir, en laminados multicapas las fallas por adhesivo y cohesión pueden ocurrir en las capas de las películas o del polímero de selle y en las capas del adhesivo y las tintas, o puede existir una completa falla del material, donde la fuerza del sellado es más fuerte que los materiales del laminado. Existen 4 mecanismos de falla: Ver Fig.2.

Figura 2
Figura 2

Rango de sellado

El rango de sellado es un parámetro crítico que correlaciona qué tan robusto un sellante se desempeñará en la máquina empacadora. Entre más amplio el rango de sellado es más aceptable durante el proceso de producción del empaque, ya que ayuda a soportar algunas de las variaciones encontradas en un ambiente de llenado. Aquí es importante ver una curva de sellado, la cual normalmente se hace teniendo como coordenadas la fuerza de sellado y temperatura, dejando constante el tiempo de residencia y la presión de las mordazas de sellado, aquí se pueden ver tres claras zonas: Sellados pelables de ZONA A, una zona óptima donde aparece el rango de sellado; ZONA B y una zona a la derecha donde el sellado sufre y se distorsiona ya que las tintas, películas y adhesivos pierden sus propiedades además del escurrimiento del polímero de selle debido al incremento en temperatura ZONA C. (Ver Fig.3)

Figura 3
Figura 3

Presión de sellado

Una variable clave en la máquina empacadora, que normalmente es pasada por alto, es la presión de sellado. La presión entre las mordazas debe ser uniforme y en cantidad suficiente para que las otras condiciones de temperatura y tiempo sean coherentes y así poder crear una condición de selle adecuado (estar en el rango óptimo de la curva de sellado mostrado en la Figura 3.

La presión es medida en psi, bar. Sin embargo, basado en mi experiencia, la forma más adecuada, económica y confiable es la utilización del papel químico donde visualmente se puede observar uniformidad y cantidad de presión a través de la intensidad del color observado. En próximos posts revisaremos el protocolo para su utilización y procedimiento.

Una limpieza, alineación y chequeo de la presión periódicamente, son necesarias para asegurar una calidad consistente de sellado.

Finalmente, un buen entendimiento de las propiedades de la capa de selle, es importante en el diseño de nuevas estructuras de empaques flexibles, y para la mejora de las condiciones de producción en las máquinas empacadoras.

Si están ocurriendo fallas en el sellado en una alta proporción en las máquinas empacadoras o los operarios de las máquinas están invirtiendo mucho tiempo ajustando temperaturas y velocidades para obtener selles adecuados. Además de las variables de empaque hay que prestar mucha atención a las propiedades de la capa de sellado.

Este es el inicio de una serie de posts enfocados en el sellado de empaques flexibles, y en los cuales profundizaremos en las variables críticas para que las conozcamos y manejemos con detalle cada una. A medida que avancemos, veremos también las diferentes tecnologías de sellado: calor constante, que hoy hemos iniciado, impulso, ultra sonido, etc

Hasta pronto… y sus preguntas siempre serán bienvenidas.


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JOHN JAIRO MOLINA IZQUIERDO
31 de mayo de 2020 a las 17:19

Buenas tardes Sr Wilmer, tengo una pregunta, recomienda usted el uso de papel carbón para medir alineación entre mordazas? o mejor usar papel químico, le hago la pregunta porque veo que usar papel carbón puede darnos observaciones un poco distorsionadas debido a la alta capacidad de impregnación. quedo atento. saludos

WILMER SAAVEDRA CHACIN
01 de junio de 2020 a las 20:17

Hola John, Recomiendo el papel químico, es el que he utilizado cuando he hecho ajustes a mordazas de selle en máquinas empacadoras. El papel carbón marca mucha irregularidad. Atte Wilmer

Alejandro
07 de mayo de 2020 a las 10:25

Estimado Wilmer. Quisiera saber si tienes las condiciones para el sellado de bolsas pouch que van a ser sometidas a procesos de esterilización en autoclave. Esto por que no tengo información sobre la temperatura de sellado, la presión de sellado y el tiempo requerido de paso por la selladora continua.

WILMER SAAVEDRA CHACIN
11 de mayo de 2020 a las 15:36

Hola Alejandro, tal y como lo explica el documento que escribí, hay una estrecha relación entre las 3 variables, además del tipo de material que estás sellando. Este tema del sellado no tiene una formula, ya que depende lo que te explico. Pero una idea para iniciar es que si tu máquina sella a 60 bolsas /min, el tiempo de sellado es aproximadamente 0.4 segundos y te sugiero(sin conocer el material del laminado que estás sellando) 160 oC de temperatura y 5 a 6 Bar de presión. Si me dieras más datos te podría dar una mejor ayuda. Mi correo es wilmersaavedra1@gmail.com

Jesús
22 de abril de 2020 a las 13:09

Buenas tardes Wilmer, es una excelente página web, ¿tengo una pregunta? cuando el rollo de polipropileno no se desliza en la máquina empacadora, se debe al COF o una posible migración de adhesivos que afectan al COF. Saludos espero puedas ayudarme, y no este diciendo uno que otra incoherencia.

andres
22 de abril de 2020 a las 09:46

Hola, buenos días espero se encuentre muy bien, quisiera saber como es la utilización del papel químico para medir la presión del sellado y si hay alguna formula donde pueda saber si la temperatura y la presión son acordes a la velocidad de la maquina.

Rigoberto
27 de marzo de 2020 a las 11:08

Hola: Gusto en saludarte, colaboro en una empresa en la que embolsamos piña con azucar en bolsas retortables de 4 capas. Material sellante CPP. Ultimamente hemos tenido muchos reclamos de cliente porque nuestro sello se abre. Nos puedes orientar que puede estar fallando, Gracias. Saludos

WILMER SAAVEDRA CHACIN
01 de abril de 2020 a las 07:17

Hola Rigoberto, Si el sellado se está abriendo posteriormente, es porque en la áreas donde se abre no existió fusión molecular de la capa de selle , en este caso el CPP, durante tu proceso de sellado. Te sugiero revisar las condiciones de PRESIÓN (uniformidad y cantidad) con papel químico inicialmente en tu máquina selladora, luego revisar la temperatura y uniformidad de temperatura a lo largo de las mordazas de sellado, todo lo anterior debe estar acorde a la velocidad de la máquina. Revisa si hay un patrón de falla que te ayude a localizar el problema en máquina. Mi correo es wilmersaavedra1@gmail.com, en caso de que desees enviarme foto o fotos del problema para ratificar lo que te estoy diciendo o darte ayuda adicional. Atte Wilmer

Jessica
15 de marzo de 2020 a las 10:57

Buenas tardes me gustaría saber los tipos de empaque y de cada uno si sistema de sellado gracias

WILMER SAAVEDRA CHACIN
01 de abril de 2020 a las 07:22

Hola Jessica, Por correo te estoy enviando una presentación de sistemas de empaque en la industria de flexibles; normalmente vas a encontrar en estos sistemas sellado por calor constante, algo de impulso( para sellado de estructuras de solo poliestireno) y algo de sellado por ultrasonido. Atte Wilmer

john
18 de febrero de 2020 a las 12:54

Buenas tardes, me gustaría saber mas acerca de la utilización del papel químico para medir la presión de sellado....En estos momentos, estoy realizando un trabajo para determinar la temperatura optima de sellado para maquinas como la Enflex, Volpack, Tecmar, 6LV, Bossar, para determinar este parametro, es necesario conocer cual es la presion de sellado y obtener los mejores resultados, espero me pueda colaborar, muchas gracias.

WILMER SAAVEDRA CHACIN
18 de febrero de 2020 a las 16:39

Buenas tardes John, A tu correo cocobat96@gmail.com , estoy enviando el procedimiento para el uso del papel químico. Atte Wilmer Saavedra

Rigoberto
27 de marzo de 2020 a las 11:36

Hola, Me puedes compartir el procedimiento del uso de papel quimico. Gracias. Buen día

WILMER SAAVEDRA CHACIN
27 de marzo de 2020 a las 17:31

Hola Rigoberto, Por email te envié el procedimiento de papel químico. Atte Wilmer

Armando
22 de noviembre de 2018 a las 20:46

Amigo wilmer tengo un problema con un freno de polvo electromagnético tipo embrague, que se daño, mi pregunta es donde puedo comprar uno aqui en colombia es para una impresora flexografica.

WILMER SAAVEDRA CHACIN
24 de noviembre de 2018 a las 11:32

Estimado Armando, En Colombia conozco a DOUBLE E COMPANY www.ee-co.com.co localizada en Bogotá, como proveedor de frenos electromagnéticos de polvo. Por correo te estoy enviando una foto de la página web. Cualquier cosa me comentas por favor Saludos Wilmer