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La fabricación de papel es uno de los cuatro grandes inventos de la antigua China y representa una contribución significativa de la civilización china al desarrollo cultural global. Ya en el año 105 d.C.-el primer año del reinado del emperador He durante la dinastía Han del Este-Cai Lun mejoró técnicas anteriores y desarrolló con éxito un método para producir papel de alta-calidad utilizando materias primas como trapos, desechos de cáñamo, redes de pesca y cortezas de árboles. El producto resultante, conocido como "Papel Cai Hou", era comparable al papel moderno tanto en principios de producción como en textura. La industria del papel en Gran Bretaña no surgió hasta el siglo XVII, mientras que la primera fábrica de papel en los Estados Unidos se estableció en 1690. En las primeras fabricaciones de papel británicas y estadounidenses, los restos textiles se utilizaban comúnmente como materia prima primaria. Estos materiales se trituraron, se diluyeron y luego se transfirieron a cribas mediante inmersión y vibración, lo que permitió que las fibras se depositaran uniformemente. Después de presionar para eliminar el exceso de humedad y secar, se obtuvieron las hojas de papel finales. Con los continuos avances en la cultura y los niveles de vida, la demanda de papel ha crecido significativamente, superando la capacidad de oferta de las materias primas tradicionales basadas en trapos. Esto requirió la exploración de fuentes alternativas de celulosa, lo que llevó a la adopción generalizada de pulpa de madera.
Los envases fabricados con papel y cartón se denominan colectivamente envases de papel. Abarca diversas formas, incluidas cajas de cartón corrugado, cartones plegables, estructuras de cartón alveolar, bolsas de papel, tubos de papel, tambores de papel y otros papeles de embalaje especializados. Los envases de papel se utilizan ampliamente en todas las industrias-no solo para mercancías en general, textiles, hardware, equipos de telecomunicaciones y electrodomésticos, sino también para alimentos, productos farmacéuticos y suministros militares.
I. El papel del papel y el cartón entre los materiales de embalaje
El papel y el cartón son los materiales de embalaje más utilizados a nivel mundial y representan aproximadamente entre el 40% y el 50% del consumo total de material de embalaje. Las tendencias actuales indican que seguirán siendo dominantes en las aplicaciones de embalaje presentes y futuras. Los envases-de papel poseen ventajas únicas que los distinguen de otros materiales de embalaje:
1. El papel y el cartón se pueden producir-en masa con abundante disponibilidad de materia prima y un costo relativamente bajo.
2. Son adecuados para procesos de fabricación tanto mecanizados como manuales y presentan una excelente capacidad de plegado.
3. Los contenedores hechos de cartón, particularmente cartón corrugado, ofrecen una elasticidad superior en comparación con el plástico y otros materiales de embalaje convencionales.
4. Los envases de papel se pueden personalizar en diversos diseños estructurales adaptados a productos específicos. Puede cumplir con los requisitos de ventilación ("respiración") o diseñarse en paquetes completamente sellados, ofreciendo características higiénicas, no-tóxicas y libres de contaminación-.
5. Debido a su estructura fibrosa, el papel y el cartón proporcionan una excelente receptividad a la tinta y al recubrimiento, lo que garantiza una impresión nítida y duradera con textos y gráficos claros.
6. Los envases de papel son reciclables y biodegradables, generan residuos mínimos y suponen un impacto medioambiental insignificante. En consecuencia, los envases-a base de papel han ganado cada vez más reconocimiento y apoyo. En los últimos años, los avances en la tecnología del papel compuesto han ampliado su aplicación en el envasado de alimentos. Además, los papeles y cartones especiales que incorporan aditivos químicos como cargas funcionales han experimentado avances significativos en China, lo que indica un desarrollo futuro prometedor.
II. Clasificación de papel y cartón para embalaje.
El papel y el cartón se clasifican según su gramaje (definido como masa por unidad de área, expresado en gramos por metro cuadrado) o su espesor. Los materiales con un gramaje inferior a 200 g/m² o un espesor inferior a 0,1 mm generalmente se clasifican como papel. Los que superan estos umbrales se denominan cartón o cartón. Sin embargo, ciertos productos-como cartulina blanca y papel de dibujo-con gramajes entre 200 y 250 g/m² aún pueden denominarse papel debido a convenciones industriales establecidas.
En aplicaciones de embalaje, el papel se utiliza principalmente para envolver productos, producir bolsas de papel e imprimir etiquetas y elementos decorativos, mientras que el cartón se emplea principalmente en la fabricación de envases rígidos como cajas, cartones y tambores.
Las especificaciones para el papel y el cartón varían según la forma: las hojas planas requieren dimensiones de largo y ancho definidas, mientras que el papel en rollo (banda) solo requiere un ancho específico. Estandarizar estas dimensiones es crucial para lograr uniformidad y compatibilidad en la producción de envases posteriores, especialmente para cajas de cartón corrugado, cartones plegables y artículos similares.
Los anchos comunes para el papel en rollo doméstico utilizado en la fabricación de cajas de cartón corrugado incluyen 1940 mm, 1600 mm, 1120 mm y 940 mm. El papel kraft importado y el papel base corrugado suelen estar disponibles en anchos como 1600 mm, 1575 mm y 1295 mm. Los tamaños de hoja estándar para papel plano incluyen 787 mm × 1092 mm y 850 mm × 1168 mm.
El peso máximo de un rollo generalmente no excede una tonelada métrica, con pesos típicos que oscilan entre 250 y 350 kilogramos. Para láminas planas, cada paquete no debe exceder los 250 kilogramos. Generalmente, el papel que pesa menos de 250 g/m² se envasa en resmas de 500 hojas, constituyendo 10 resmas un paquete. Para cartones más pesados, los paquetes individuales no deben exceder los 250 kg. Sin embargo, la cantidad de hojas por paquete o rollos por paquete puede variar según el grado y el peso específicos.
III. Propiedades generales del papel y cartón
Desde una perspectiva de aplicación, el rendimiento del papel y el cartón se puede clasificar en siete aspectos clave:
(1) Propiedades de apariencia
También conocido como características visuales, esto incluye defectos observables a simple vista, como manchas de suciedad, agujeros, poros, áreas translúcidas o semi-transparentes, arrugas, pliegues, rayas, marcas de malla, impresiones de tela, motas, grumos, patrones-de escamas de pez, grietas, bordes curvados e inconsistencias de color. Los criterios de aceptación dependen del uso-final previsto y de los requisitos de calidad del producto envasado.
(2) Propiedades físicas y mecánicas
Esto se refiere a la resistencia y durabilidad del papel y el cartón, que son fundamentales para mantener la integridad del embalaje. Estas propiedades se dividen en resistencia estática y dinámica. La resistencia estática se mide en condiciones de carga lenta e incluye resistencia a la tracción, resistencia al estallido, resistencia al pliegue y resistencia al desgarro. La resistencia dinámica refleja el comportamiento del material bajo tensión repentina, incluida la permeabilidad al aire, el alargamiento, el trabajo de ruptura (p. ej., para papel para sacos), la resistencia al agrietamiento, la resistencia al plegado, la resistencia a la perforación y la resistencia a la compresión (p. ej., para cartón de cajas).
La resistencia a la tracción indica la carga máxima que una muestra de papel puede soportar antes de romperse bajo tensión uniaxial y sirve como indicador clave de la resistencia a la rotura. La resistencia al estallido mide la presión hidrostática máxima que un papel puede soportar antes de romperse y es un parámetro vital para los materiales de embalaje. La resistencia al desgarro cuantifica la fuerza necesaria para propagar un desgarro una vez iniciado. La resistencia al plegado refleja el número de dobleces que una muestra puede soportar antes de fallar, generalmente mayor en la dirección de la máquina que en la dirección transversal. La permeabilidad al aire indica la presencia de poros dentro de la lámina y está estrechamente relacionada con el rendimiento de la barrera contra la humedad.
(3) Propiedades de absorción
Esta categoría incluye el grado de apresto (resistencia a la penetración de líquidos), la absorción de agua, la absorción de tinta y la absorción de aceite. La mayoría de los papeles de embalaje se someten a un tratamiento de encolado para controlar la absorción de líquidos. Los papeles diseñados para filtración, producción de pergamino o impregnación suelen no estar encolados para permitir una absorción controlada. Las características de absorción pueden modificarse mediante métodos de procesamiento físico o químico.
(4) Propiedades ópticas y eléctricas
Las propiedades ópticas se relacionan con la forma en que el papel interactúa con la luz e incluyen blancura (brillo), opacidad, transparencia, brillo y consistencia del color. La suavidad de la superficie y la reflectividad influyen en el brillo percibido y la calidad de impresión.
Para aplicaciones de aislamiento eléctrico, el papel y el cartón deben cumplir estrictos estándares de rendimiento. Las propiedades eléctricas clave incluyen alta rigidez dieléctrica, baja pérdida dieléctrica, constante dieléctrica adecuada, larga vida útil y estabilidad térmica. Estos están determinados en gran medida por la estructura física y la composición química del papel.
(5) Propiedades de la superficie
Las características de la superficie incluyen suavidad, resistencia a la abrasión, tendencia a formar pelusas, capacidad de adhesión, idoneidad para corrugar y rugosidad de la superficie. Estas propiedades afectan significativamente los procesos de impresión, recubrimiento, laminación y conversión y deben evaluarse mediante instrumentos de prueba estandarizados.
(6) Imprimibilidad
La mayoría de los envases de papel requieren gráficos, marcas o etiquetas impresas. Independientemente del método de impresión-offset, flexográfica, huecograbado o digital-el sustrato debe presentar buena absorción de tinta, estabilidad dimensional, uniformidad de la superficie, compresibilidad, opacidad, resistencia de la superficie y resistencia al agua para garantizar resultados de alta-calidad.
(7) Propiedades químicas
Estos se refieren a la composición química del papel, incluido el contenido de fibra, la humedad, el contenido de cenizas, los tipos y cantidades de aditivos químicos, el valor del pH, la acidez (índice de acidez) y la viscosidad. Estos factores influyen en las características físicas, ópticas, de impresión y eléctricas del papel. Las propiedades químicas están determinadas principalmente por el tipo de fuente de fibra, la cantidad y naturaleza de los componentes no fibrosos agregados y las condiciones de procesamiento durante la fabricación de pulpa y el blanqueo.
Los papeles de embalaje especiales imponen requisitos químicos más estrictos. Por ejemplo, el papel anti-corrosión (inhibidor de herrumbre-) debe estar libre de ácidos libres, iones de cloro o sustancias alcalinas. El papel aislante eléctrico, el papel-impregnado con resina y el papel de embalaje de calidad alimentaria-no deben contener sustancias tóxicas, mantener un pH neutro y tener valores de acidez y contenido de relleno controlados.
A pesar de sus numerosas ventajas, el papel y el cartón tienen varias limitaciones como materiales de embalaje:
- Son higroscópicos y propensos a la absorción de humedad, lo que puede provocar humedad, ablandamiento, decoloración o crecimiento de moho cuando la humedad hace que el contenido de humedad supere el 12 %.
- La exposición a ambientes secos, a altas-temperaturas o a la luz solar directa puede provocar una deshidratación rápida. Cuando el contenido de humedad cae por debajo del 9%, el material se vuelve quebradizo, lo que provoca deformaciones, grietas o delaminación.
- La resistencia mecánica es relativamente baja; Los embalajes de papel son susceptibles a sufrir daños causados por fuerzas externas, como caídas, perforaciones o enganchones.
