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Facultad de Ciencias Experimentales UNIVERSIDAD DE JAÉN Facultad de Ciencias Experimentales Trabajo Fin de Grado Alumno: Rubén Cámara Melero Junio, 2017 Ensayos físico-químicos en materiales plásticos en contacto con alimentos

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UNIVERSIDAD DE JAÉN Facultad de Ciencias Experimentales

Trabajo Fin de Grado

Trabajo Fin de Grado

Alumno: Rubén Cámara Melero

Junio, 2017

Ensayos físico-químicos en materiales plásticos

en contacto con alimentos

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UNIVERSIDAD DE JAÉN Facultad de Ciencias Experimentales

Trabajo Fin de Grado

Ensayos físico-químicos en materiales plásticos en contacto con alimentos

Rubén Cámara Melero

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ÍNDICE

1. RESUMEN .............................................................................................................. 1

2. INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 2

2.2 La empresa ....................................................................................................... 7

2.3. Objetivo .......................................................................................................... 10

3. EXPERIMENTAL .................................................................................................. 10

3.1. Migración global ............................................................................................. 11

3.1.1. Aceite ....................................................................................................... 13

3.1.1.1. Inmersión ........................................................................................... 16

3.1.1.2. Bolsa .................................................................................................. 17

3.1.1.3. Llenado .............................................................................................. 17

3.1.2 Acuosos .................................................................................................... 17

3.1.2.1. Inmersión ........................................................................................... 19

3.1.2.2. Bolsa .................................................................................................. 19

3.1.2.3. Llenado .............................................................................................. 19

3.1.3. Sustitutivos .............................................................................................. 20

3.1.3.1. Inmersión ........................................................................................... 21

3.1.3.2. Bolsa .................................................................................................. 21

3.1.3.3. Llenado .............................................................................................. 21

3.2. Migración especifica ..................................................................................... 22

3.2.1. Migración específica del acetato de vinilo ............................................... 23

3.3. Ensayos físico-químicos ............................................................................... 25

3.3.1. DSC (Calorimetría diferencial de barrido) ................................................ 25

3.3.2. IR (Espectro infrarrojo) ............................................................................ 27

3.3.3. Tracción ................................................................................................... 28

3.3.4. Desgarro .................................................................................................. 30

3.3.5. Impacto al dardo ...................................................................................... 31

3.3.6. Permeabilidad al agua ............................................................................. 33

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................................. 33

4.1. Migración global ........................................................................................... 33

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4.1.1. Aceite ...................................................................................................... 34

4.1.1.1. Inmersión .......................................................................................... 34

4.1.2. Acuosos .................................................................................................. 34

4.1.2.1. Inmersión .......................................................................................... 34

4.2. Migración especifica ...................................................................................... 35

4.3 Físico-Químicos ............................................................................................. 36

4.3.1. DSC (Calorimetría diferencial de barrido) ................................................ 36

4.3.2. IR (Espectro infrarrojo) ............................................................................ 37

4.3.3. Tracción ................................................................................................... 38

4.3.4. Desgarro .................................................................................................. 40

4.3.5. Impacto al dardo ...................................................................................... 40

4.3.6. Permeabilidad al agua ............................................................................. 41

5. CONCLUSIONES ................................................................................................. 42

6. BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 42

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1. RESUMEN

En este trabajo se describen los principales ensayos de calidad realizados en el

laboratorio físico-químico de la Fundación Andaltec. Los ensayos, que se realizan

sobre envases plásticos de uso alimentario, se pueden englobar dentro de dos tipos:

ensayos de migración y ensayos de caracterización. Dentro de los ensayos de

migración, los de migración global determinan qué cantidad total de compuestos del

envase de naturaleza polimérica migran al alimento, mientras que los ensayos de

migración específica tienen por objeto determinar la cantidad de un compuesto

concreto que migra al alimento (ej. Bisfenol A). Por otra parte, los ensayos de

caracterización sirven para proporcionar información sobre la composición química y

propiedades de tipo mecánico (resistencia tracción, rotura, desgarro, fricción,

permeabilidad, etc.) de los envases plásticos. Se describen algunos de los

resultados de los ensayos en los que he estado involucrado durante el desarrollo del

trabajo fin de grado.

Summary/ Abstract

In this work, the main quality control assays undertaken in the Physicochemical

testing laboratory of Fundación Andaltec are summarized. Amongst the assays

performed, there are two main classes: migration tests and physicochemical

characterization and testing of materials. Within the migration tests, overall migration

tests enable the determination of the total amount of plastic material that migrates to

food. On the other hand, specific migration tests are focused on the amount of a

particular substance (eg. Bisphenol A) that is transferred during the assay performed

at a controlled and well established conditions. The physicochemical characterization

tests provide useful information not only on the chemical composition of the products

assayed but also on their physical and mechanical properties such as permeability,

traction force, friction or tear. Some of the tests that I have performed during the

development of the study and their results are also detailed.

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2. INTRODUCCIÓN

La Fundación Andaltec i+D+I es un centro tecnológico del plástico más grande del

sur de Europa en cuanto a temas de innovación de plásticos, que ofrece servicios

tecnológicos avanzados y de desarrolla proyectos de I+D+I a nivel nacional e

internacional. Cuenta con las herramientas necesarias para proporcionar información

acerca de los cambios tecnológicos e innovaciones del sector, para la formación de

sus profesionales. Con respecto al sector alimentario Andaltec cuenta con un

laboratorio físico-químico acreditado por La Entidad Nacional de Acreditación

(ENAC), la organización designada por el gobierno, encargada de regular el

funcionamiento de la acreditación en Europa en base al Reglamento (CE) nº

765/2008. Están acreditados de la norma UNE-EN ISO 17025 para la realización de

ensayos de migración global en simulantes acuosos, en aceite y en sustitutivos, y en

migración global, contando con una gran cantidad de cliente en Europa. Y cuenta

con una gran cantidad de proyectos para la realización de envases activos

añadiéndole antioxidantes y antimicrobianos, un ejemplo es el que se ha llevado a

cabo con otra empresa, en el cual han investigado sobre envases activados con

nano materiales como el grafeno, para que puedan conservar los alimentos durante

más tiempo y que permitirá que una gran cantidad de comida no se desperdicie.

En el siglo XIX el inventor norteamericano John Wesley Hyatt desarrollo el primer

plástico al disolver celulosa en alcanfor y etanol, este producto se fue de mucha

utilidad para el desarrollo de la industria. En los años 60 se empezó a sustituir el

plástico como material para fabricar envases de alimentos, de los antiguos

materiales que se usaban como maderas, el cartón, las cerámicas, el vidrio o el

acero, debido a que sus propiedades eran mejores que el resto de materiales (bajo

peso, resistente al calo, duro, flexible, maleable) y en la industria tenía unos costes

de producción más bajos. Hoy en día la industria del plástico ha incrementado

muchos debido también a que son compuestos reciclables y menos contaminantes

por lo que se está investigando mucho en ellos.

En la industria alimentaria no siempre ha habido tanto control de los alimentos como

ahora, todo comenzó en el siglo XIX cuando en las capitales más populares de

Europa como Londres y Paris se empezaron a llevar un control de los alimentos y

empezaron a legislarse las primeras leyes sobre el control de alimentos, todo esto

ocurrió debido a que se empezó a desarrollar la sociedad, creándose núcleos

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urbanos grandes, y se desarrollaba la ciencia como la química, la microbiología, etc.

Lo que permitía hacer estudios más exhaustivos para determinar contaminantes en

los alimentos, y así descubrir fraudes en el comercio y proteger la salud pública.

Además de se convirtió en una necesidad debido a que las zonas donde se

procesaban los alimentos ya no era en el campo, si no que se hacía en las industrias

y se contaminaban mucho más por lo que afecto a los sectores menos privilegiadas

de la población. Estas medidas ayudaron a decrecimiento de la tasa de muertes. Es

por ello alimentos que cuando se empezaron a comercializar los envases plásticos

debían de cumplir unos requisitos para asegurar el bienestar de la sociedad. En

1969 se crea un comité europeo para la seguridad de alimentos en envases

plásticos, y en 1976 se empieza a legislar un reglamento europeo de los alimentos

que van a entrar en contacto con envases plásticos, el cual se va actualizando para

una igualdad de leyes en Europa para un comercio más justo de estos productos,

datando en 2011 como el reglamento actualizado hasta la fecha.

En la actualidad se llevan muchos proyectos que estudian la mejora de los plásticos

para obtener unas propiedades mejores, que no conlleven costes grandes

fabricación y que minimicen el peligro de la migración, se están estudiando plásticos

más ligeros, con láminas multicapas que proporcionan una mayor resistencia el calor

y que permite aumentar el tiempo de preservación de los alimentos ya que las

multicapas tienen la funcionalidad de absorber el oxígeno, la humedad y la

luminosidad, y ser sostenibles medioambientalmente, con un costo reducido. Otra

gran ventaja es que son plásticos libres de bisfenol A manteniendo las mismas

propiedades, e incluyen una combinación de cierre herméticos y de tapado, para

comodidad de los clientes.

2.1 Contaminación de los envases de alimentos perjudiciales para la salud

humana

Los envases desempeñan las funciones de contener, proteger y albergar el alimento

en el para su comercialización, diseñado de un modo que tenga un costo óptimo, y

que al consumirlos no tengan microorganismos, ni sufran cambios biológicos o

químicos. Los polímeros son muy utilizados para en el envasado debido a sus

propiedades como su bajo peso, su flexibilidad, su versatilidad, por lo que has

resultado muy útiles a la hora de sustituir a otros materiales como el cristal o la

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hojalata, se ha vuelto tan importante con el paso del tiempo que incluso se han

utilizado más de 30 plásticos diferentes y se han desarrollado nuevos aditivos como

los antioxidantes, estabilizadores, lubricantes y agentes anti bloqueo y anti estáticos.

[Catalá y col, 1996]

Estos deben ser controlados porque pueden ocasionar multitud de enfermedades

perjudiciales en los humanos e incluso pueden llegar a provocar la muerte, las

autoridades mundiales han creado unas legislaciones sanitarias, para que los

envases sean aptos para su comercialización. [Oi-Wah y col, 2000] E indicar de qué

plásticos están hechos esos recipientes, aunque las leyes ignoran que se

especifique los aditivos que contienen, ya que estos son secretos de cada fabricante

para que sus productos sean exclusivos.

Dentro de la familia de los plásticos están los termoplásticos, los termoestables, los

elastómeros o caucho y fibras. Los termoplásticos con los plásticos tienen menor

resistencia térmica, se pueden calentar hasta 200ºC, pero que son muy flexible, son

moldeables y resistentes a los golpes, su gran ventaja es que pueden volver a ser

remodelados por procesos de calentamiento y enfriamiento, por lo que se puede

reciclar. Los termoestables son plásticos que no recuperan su forma al calentarlos, y

son más rígidos que los termoplásticos, tienen una mayor resistencia térmica. Los

elastómeros tienen una rigidez mayor que los termoplásticos y menor que los

termoestables, de igual modo ocurre con otras propiedades como la resistencia

térmica, y de modo inverso con la flexibilidad y la maleabilidad. Estos polímeros

tampoco recuperan su forma una vez utilizados.

Los plásticos utilizados para el envasado de alimentos son los térmoplásticos, por

múltiples ventajas, como por ejemplo que resisten temperaturas de calentamiento de

alimentos, pero no se necesitan temperaturas tan altas para fundirlo y poder darle

forma, además son plásticos que se pueden reciclar, esto es muy importante, en el

año 2014 se utilizaron 311 millones de toneladas en el mundo, un 20% en Europa,

esto ha creado un problema por la contaminación producida en estos procesos.

[Ghambari y col, 2017].

Los termoplásticos más utilizados son: Tereftalato de polietileno (PET), Polietileno

de alta densidad (PEAD), Polietileno de baja densidad (PEBD), Policloruro de vinilo

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(PVC), Polipropileno (PP), Poliestireno (PS), que vienen identificados en los

envases.

Tabla 1. Tabla de los plásticos más utilizados para la industria alimenticia, junto a sus aplicaciones

antes y después del reciclado.

Los plásticos llevan incorporados aditivos para darle unas propiedades mejores

como colorearlos, hacerlos más duraderos ablandarlos, etc. Pero estos conllevan

una problemática porque tienen una gran toxicidad que puede afectar

perjudicialmente a la salud humana.

Los aditivos más comunes son los ftalatos, el estireno, los bisfenoles, el cloruro de

vinilo y los metales pesados, entre los que destacan sobre la mayoría los ftalatos y el

bisfenol A.

Los ftalatos son un grupo de diésteres de ácido orto-ftálico, de los que hay muchos

tipos, desde los de peso molecular alto como los di-2-etilhexil ftalato (DEHP), los

DiNP y los DiDP, o los de bajo peso molecular como los dietil ftalato (DEP), di-n-butil

ftalato (DBP), y butil bencil ftalato (BBzP).[Sanchís y col, 2017]

Figura 1. Estructura general de los ftalatos

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Estos se caracterizan por actuar como disruptores endocrinos, que se usan para

darles unas propiedades mejores a los plásticos como una durabilidad y flexibilidad

mayor, Pero como son muy perjudiciales, como consecuencia se están sustituyendo

por otros compuestos. [Cao, 2010] se encuentran en todo tipo de envases plásticos,

y puede ser ingerido en la comida, mediante inhalación o por contacto con la piel.

Producen enfermedades cardiovasculares, obesidad, arterioesclerosis, y cáncer

[Muscogiuri y col, 2016]

El bisfenol A es un monómero plástico que se utiliza para la producción de plásticos

policarbonatos, latas de comida, botellas de agua, biberones. Que le confiere una

mayor dureza al plástico sin que aumente su peso.

Figura 2. Estructura del bisfenol A

Es un compuesto puede producir cáncer de mama, de próstata, malformaciones en

el feto, producen menor fertilidad. [Vandenberg y col, 2007] Además de actuar como

disruptores endocrinos, y produce carcinogénesis. [Cooper y col, 2011]. Afecta más

sobre todo a los bebes en su etapa embrionaria. Nuevos estudios han observado en

estudios que tiene efecto sobre el corazón, produciendo hipertensión y

enfermedades cardiovasculares [Bosch y col, 2016]

Aunque sea perjudicial un estudio ha descubierto que las concentraciones

encontradas en latas y bebidas carbonatadas son muy bajas, con concentraciones

que oscilan entre 51–340 ng/L y 19–4500 ng/L respectivamente, y la tolerancia de

una persona es de 50.000 ng por kilo durante un día, lo que indica que se necesitan

ingerir cantidades muy grandes para que empiece a hacer efecto. [Chailurkit y col,

2016]

Otros aditivos menos comunes pero a tener en cuenta como el cloruro de vinilo, p

también muy peligroso, porque le confiere al cuerpo humano una capacidad para

convertir un químico no tóxico o poco tóxico en un uno tóxico, y produce lesiones

precancerosas a órganos distintos del hígado (como el pulmón, corazón, bazo,

cerebro y linfático). [Tamburro, C.H. 1978].

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Figura 3. Estructura del cloruro de vinilo

2.2 La empresa

Andaltec es un centro tecnológico nacional, constituido como fundación privada sin

ánimo de lucro, que se dedica a la ejecución de proyectos de I+D+I y la prestación

de servicios tecnológicos avanzados en el sector del plástico. Localizada en Martos,

Jaén. Consta de más de 130 trabajadores y de varios departamentos como: el

departamento de administración y finanzas, el departamento comercial y de

marketing, el departamento de recursos humanos, el departamento de prototipos, el

departamento del laboratorio, el departamento de operaciones y mantenimiento y el

departamento de ingeniería.

Abarcan los sectores agroalimentarios, y el sector del automóvil y transporte.

Andaltec

Trabaja en los sectores

Agroalimentarios Automóvil

Para la realización del trabajo consta

Laboratorio físico-químico

Laboratorio Laboratorio Laboratorio Laboratorio Laboratorio

óptico metrológico de de electrónico

procesos biodegradabilidad

Figura 4. Esquema de los distintos sectores e trabajo y laboratorios

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En el sector del automóvil, casi todo es trabajo de desarrollo, investigación,

validación de piezas de faros, ya que uno de los clientes más importantes es la

multinacional Valeo. Cuenta con un equipo de ingenieros, que realiza el diseño de

piezas de automóvil con el programa catia, y con distintos laboratorios para llevar a

cabo esas tareas, cuando esas piezas están fabricadas se pueden medir las

propiedades de diferentes materiales en el laboratorio físico-químico, o también se

pueden escanear en 3D, con distintos mecanismos, para detallar si la pieza una vez

producida, está bien, para ensamblar en el faro. Esa es la función del laboratorio de

metrología. En el laboratorio óptico fotométrico, se llevan a cabo ensayos para medir

la luminosidad de los faros producidos por los clientes, y además andaltec cuenta

con uno de los túneles fotométricos más grandes de Europa para realizar los

ensayos con los vehículos de tamaño 32 x 10 metros. En otros laboratorios como el

electrónico se realizan prototipos de programas para el control de autómatas para la

industria, que se usan como mano de obra en la fabricación. Se investigan nuevas

formulaciones de plásticos y su inyección extrusión, en el laboratorio de procesos se

realiza la integración integral de molde-pieza-proceso, la inyección de probetas, el

mezclado y granzeado de materiales en extrusora de doble husillo co-rotante para

investigación en nuevas formulaciones, y en el laboratorio de biodegradabilidad y

compostabilidad se realizan prototipos para el mecanizado CNC de alta velocidad,

para la fabricación de molde rápidos de aluminio e inyección de series cortas, para

moldes de silicona para reproducir piezas de resina de poliuretano y para montaje y

acabados superficiales de alta calidad.El otro sector en el que se trabaja es el

agroalimentario que cuenta con un laboratorio físico-químico, donde la mayoría de

los clientes son empresas de envasado alimenticio, mandan sus productos, para ver

si son aptos para su venta.

Como hemos dicho anteriormente Andaltec es un centro tecnológico que trabaja

para la junta de Andalucía, por lo que se llevan a cabo muchas investigaciones, se

trabaja en proyectos de I+D para el estudio de mejora de plásticos para reducir el

peso de las piezas haciendo un rediseño y mejorando las propiedades de materiales

poliméricos como nuevos composites plásticos mediante aditivación, nuevos

nanocomponentes. Ese estudio conlleva un cambio de piezas de metal por plásticos

para conseguir que se sea un producto reciclable y más sostenible.

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Se estudian y desarrollan nuevos envases, en los cuales se hace un diseño integral,

simulaciones de validación mecánica, térmica…, un estudio de la elección del

material y la tecnología de fabricación, y se escanea y digitaliza mediante ingeniería

inversa. Otros proyectos I+D estudian el desarrollo de sistemas de envasado activo

incorporando antioxidantes y antimicrobianos naturales para conservar alimentos

perecederos y productos hortofrutículas, y estudian el desarrollo de nuevas

tecnologías de envasado activo, funcional y sostenible.

Andaltec apuesta por la enseñanza impartiendo cursos de formación y realizando

charlas donde vienen empresas para enseñar nuevas tecnologías, con cursos que

van enfocados para sistemas de gestión, organización de la producción y mejora de

procesos, diseño y desarrollo del producto, procesos de transformación y

tecnologías de producción. Forma parte de la fundación Universidad de Jaén-

Empresa, que facilitara la conexión entre la empresa y la institución académica, para

la realización de actividades formativas, para que muchos estudiantes puedan

realizar prácticas en la empresa, tienen en conjunto un master para la formación en

el programa catia, para el diseño de piezas.

La empresa sigue un sistema de gestión de la calidad, la cual está certificada con las

normas:

- UNE-EN ISO/IEC 17025:2005 “Requisitos generales relativos la competencia

de los laboratorios de ensayo y calibración”, aplicada a los requisitos y

condiciones establecidos en las disposiciones de ENAC.

- Norma UNE-EN-ISO-9001:2015. Sistemas de Gestión de la Calidad.

- Norma UNE-EN ISO-9000:2015. Sistemas de Gestión de la Calidad. –

- Norma UNE 166001:2014. Gestión de la I+D+i: Requisitos de un proyecto de

la I+D+i. Norma UNE 166002:2014. Gestión de la I+D+i: Requisitos del

Sistema de Gestión de la I+D+i. - Norma UNE 166000:2014. Gestión de la

I+D+i: Terminología y definiciones de las actividades de I+D+i –

- Norma UNE-EN ISO 14001:2015. Sistemas de Gestión Medioambiental.

Especificaciones y directrices para su consecución.

El laboratorio está acreditado por ENAC para la realización de ensayos para

plásticos en contacto con alimentos. Se encuentra en el polígono industrial Cañada

de la Fuente, Martos, Jaén.

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Figura 5. Foto de la vista aérea de la empresa de Andaltec.

2.3. Objetivo

El objetivo principal de este trabajo ha sido aprender a trabajar en una empresa

relacionada con ensayos de calidad químicos, y descubrir una nueva metodología de

ensayos sobre envases plásticos, los cuales eran desconocidos para mí. Y descubrir

más sobre los envases plásticos donde existe un debate, en el cual algunos estudios

que dicen que hay aditivos bastante peligrosos que migran pero al no ser

concluyentes las autoridades no las toman en serio, y no se estudian más a fondo.

En este trabajo se va a exponer los diferentes ensayos que se realizan a los

plásticos en el laboratorio físico-químico de calidad. Para ello se expondrán los

ensayos de migración, y los ensayos físicos.

3. EXPERIMENTAL

Durante mi estancia en la empresa se han llevado a cabo varios tipos de ensayos de

calidad, una parte de ellos han tratado sobre migración, que consiste en la

transferencia de componentes del plástico, como colorantes, aditivos, al entrar en

contacto con el alimento, los denominados ensayos de migración global y migración

específica, estos se ensayan en aceite (simulando alimentos grasos) o en acuosos,

y la otra parte, son ensayos físico-químicos, que son ensayos de caracterización,

ensayos para determinar que de que plástico se está tratando y que propiedades

mecánicas tiene este.

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3.1. Migración global

La migración global consiste en el traspaso de algunas sustancias al alimento que

contiene este, se da preferentemente en plásticos. Este ensayo determina las

sustancias y la cantidad de sustancia que migra al alimento, y sirve para validar ese

plástico para su uso alimenticio, y que no sea perjudicial para el ser humano. En los

ensayos de migración existen muchas variantes a la hora de realizar el ensayo

según el tipo de alimento que contendrá, y la temperatura a la que se exponga.

Según el alimento de que se vaya a envasar, y la exposición a la que va a estar el

plástico se le ponen unas condiciones diferentes de ensayo, según el tipo de

alimento que sea, se expone con diferentes simuladores. Los cuales están

compuestos simulador A: Etanol 10% (v/v), simulador B: Ácido acético 3% (p/v),

simulador C: Etanol 20% (v/v), simulador D1: Etanol 50% (v/v), simulador D2: Aceite

vegetal, simulador E: Poli(óxido de 2,6-difenil-p-fenileno). Además del simulador

utilizado se necesita conocer un tiempo y la temperatura de exposición, en este caso

se ensaya la exposición del plástico con los alimentos suponiendo el peor de los

casos, para ese alimento.

Tiempo de contacto

Tabla 2.Tabla que recoge el tiempo de ensayo de la migración según su tiempo de contacto con el

alimento en migración global.

Tiempo de contacto en las peores

condiciones previsibles de uso

Duración del ensayo

t ≤ 5 min 5 min

5 min < t ≤ 0,5 h 0,5 hora

0,5 h < t ≤ 1 h 1 hora

1 h < t ≤ 2 h 2 horas

2 h < t ≤ 6 h 6 horas

6 h < t ≤ 24 h 24 horas

1 día < t ≤ 3 días 3 días

3 días < t ≤ 30 días 10 días

Más de 30 días Véanse las condiciones específica

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Temperatura de contacto

Tabla 3. Tabla que recoge la temperatura de ensayo de la migración según su la temperatura de

contacto con el alimento en migración global.

Contacto en las peores

condiciones previsibles de uso

Condiciones de ensayo

Temperatura de contacto Temperatura de ensayo

T ≤ 5 °C 5 °C

5 °C < T ≤ 20 °C 20 °C

20 °C < T ≤ 40 °C 40 °C

40 °C < T ≤ 70 °C 70 °C

70 °C < T ≤ 100 °C 100 °C o temperatura de reflujo

100 °C < T ≤ 121 °C 121 °C (*)

121 °C < T ≤ 130 °C 130 °C (*)

130 °C < T ≤ 150 °C 150 °C (*)

150 °C < T < 175 °C 175 °C (*)

T > 175 °C Ajustar la temperatura a la temperatura real en el punto de contacto

con el alimento

Dentro de la migración hay varios tipos de ensayos, los ensayos de migración

utilizando los simuladores antes descritos, los ensayos sustitutivos, estos solo se

llevan a cabo si no es posible realizar los ensayos con alimentos grasos por razones

técnicas relacionadas con el método de ensayo, se utilizan sustitutivos, que implican

el uso de etanol 95% en disoluciones acuosas, iso-octano y poli(óxido de 2,6-difenil-

p-fenileno) modificado, según condiciones de ensayo. O los ensayos alternativos

que se pueden hacer con medios volátiles como el iso-octano y el etanol 95% en

disoluciones acuosas, y se tienen que obtener unos resultados iguales o superiores

a los de simuladores de ácidos grasos. O se realizan los ensayos de extracción: Son

ensayos con un poder de extracción muy fuerte en condiciones muy severas y que

deben de obtener unos resultados iguales o superiores a los obtenidos con el

simulador D.

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3.1.1. Aceite

El ensayo se realiza en el simulador D2 (Aceite), se estudia el comportamiento de la

migración en alimentos que contengan ácidos grasos como pescados. Para conocer

la cantidad de migración medimos la pérdida de masa por unidad de superficie de

entra en contacto con el alimento. Para llevarlo a cabo la muestra entra en contacto

con el aceite a una temperatura determinada entre 20º y 100º C y a un tiempo

determinado, según las condiciones necesarias del ensayo. Cuando ha acabado se

extrae el aceite absorbido y se mide en el cromatógrafo para ello, previamente se

realiza una serie de reacciones químicas, como la conversión a ésteres metílicos, y

una vez sabemos la cantidad de aceite que había absorbida la muestra, se conoce

el peso del plástico ensayado, y por diferencia de pesos se estima la cantidad de

material que ha migrado por unidad de superficie.

Cuando la muestra hay que determinar si hay que acondicionar las muestras, para

ello se pesan, y se meten las muestras en un horno de vacío a 60ºC y a una presión

de 1,3 KPa o inferior, durante 1 hora, después se mete en un desecador durante una

hora para que se enfríe y se pesa lo más rápidamente posible, si la diferencia de

peso es menor de 2 mg/ dm2 no es necesario acondicionar la muestra, si la

diferencia es mayor, la muestra debe acondicionarse. El procedimiento de

acondicionamiento consiste en meter las cuatro muestras en un horno de vacío a 60

ºC y 1,3KPa durante 24 horas, para ello la bomba debe de conectarse cada hora

unos 10 o 15 minutos para quitar humedad y reponer el vacío. Cuando se saca se

deja en el desecador durante una hora y se pesa, la diferencia con la pesada inicial

debe ser menor de 2 mg/kg, si no es así se repite el procedimiento hasta que se

cumpla esa condición, se apunta todas las pesadas finales. Se sigue el

procedimiento de la norma que se va a explicar a continuación. Al comienzo del

ensayo se ponen las muestras en contacto con el aceite, una vez han estado

expuestos un tiempo estimado y a una temperatura estimada, se sacan las muestras

y se dejan escurrir el aceite, después se secan con papel de filtro hasta que este no

se manche de aceite. A continuación, se pesan las muestras para ver la diferencia

de peso, esa pesada no es exacta ya que el plástico contiene un poco de aceite,

pero en este caso no se conoce la cantidad de aceite que aún tiene el plástico, para

ello se hace una extracción Soxhlet.

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Se preparan cuatro matraces de 500 ml para cada muestra con 5 perlas de vidrio

cada uno, se añade 300 ml de disolvente de extracción (pentano) si la muestra no ha

sido acondicionada, si ha sido acondicionada se añaden pentano/etanol en una

proporción 95/5, es decir 285 ml de pentano y 15 ml de etanol. Al matraz se le añade

también 10 ml de patrón interno (Ácido triheptadecanoico).Se colocan en los

extractores tipo soxhelt y se calientan. Se extraen durante 7 horas con un mínimo de

6 ciclos por hora, con las probetas sumergidas totalmente y separadas. Una vez

acabado la extracción se deja que todo el disolvente caiga en los matraces y se

retira, y estos ponen a evaporar el disolvente en el rotavapor, hasta que quede

aproximadamente 10 ml, y se trasvasa a un matraz de 50 ml, se lava el matraz de

500 ml con 3 porciones de 5 ml del disolvente y se evapora en el rotavapor hasta

llevar a sequedad. Al matraz se le añade 10 ml de heptano, y 10 ml de hidróxido

potásico, este procedimiento sirve para transformar los ácidos grasos en ésteres

metílicos, que se llama transesterificación. Y se calientan es una placa durante 10

minutos a reflujo y después se le añade 5 ml de trifluoruro de boro. Una vez ha

acabado, se deja enfriar y se le añade una disolución saturada de sulfato de sodio.

Se extrae una cantidad en un vial y se mide en el cromatógrafo. Se hace una

segunda extracción de la muestra pero esta vez con éter dietílico como disolvente de

extracción. Y se sigue el mismo procedimiento. Hay varias maneras de realizar el

ensayo dependientes la forma en la que contacten el analito con el simulador, según

si se quiere una que este en contacto toda la muestra o solo la parte interna, por

consiguiente se preparara la muestra de una manera diferente.

Tabla 4. Reactivos y aparatos necesarios para la migración global en aceite

Reactivos

Simulador D2 (Aceite de oliva)

Disolvente para la extracción, para plásticos apolares se usa pentano al 98%, y para plásticos

polares se una un azeótropo (95/5 pentano 98%/ etanol 99%)

Patrón interno (Ácido triheptadecanoico)

Hidróxido de potasio en metanol (11g/l)

Trifluoruro de boro en metanol (150 g/l)

n-Heptano

Disolución saturada de sulfato de sodio.

Éter dietílico

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Figura 6. Horno para la realización de ensayos. Figura 7. Montaje de la extracción Soxhlet para

la extracción del aceite.

Aparatos

Plancha para cortar las muestras de 250x250 mm, instrumentos de corte, pinzas de acero

inoxidable, plantillas de metal de (100 mm ± 0,2) x (100 mm ± 0,2), reglas con exactitud de 0,1 mm

- Balanza analítica con una variación en la masa de 0,1 mg

-Soporte para probetas y una tela metálica para introducirla entre las probetas.

-Recipientes para el acondicionamiento de las muestras con una humedad relativa del 50% ± 5% y

del 80% ± 5% a 20ºC ± 5ºC.

-Tubos de vidrio de cuellos esmerilado y tapones con un diámetro de 35 mm y una longitud entre 100

mm y 200 mm.

-Horno o incubadora

-Papel de filtro

-Tamiz molecular

-Extractores tipo soxhelt, capaces de mantener las muestras de ensayo en los soportes, con

matraces de 250 ml o de 500 ml

-Baño de agua, que permita sujetar los matraces de los extractores tipo soxhelt.

-Rotavapor o aparato de destilación para la recogida del disolvente de extracción

Baño de vapor o de agua

-Matraces de 50 ml de cuello largo para preparación de esteres metílicos

-Probetas cilíndricas que cumplan la norma ISO 4788, de 500 ml, 250 ml, 100 ml, 25 ml y 10 ml.

-Pipetas que cumplan la norma ISO 648, de 5 ml y de 10 ml

-Perlas de 2 0 3 mm de vidrio

Desecador con gel de sílice autoindicador o cloruro de calcio anhidro

Balanza que tenga una variación de 10 mg

-Jeringuillas de plástico tipo Luer

-Agujas con conexión Luer (80 mm x 1,2 mm)

Balanza que tenga una variación de 10 mg

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Figura 8. Rotavapor Helpdorf Figura 9. Cromatógrafo Mettler Toledo

Figura 10. Desecador para el acondicionamiento de la muestra.

3.1.1.1. Inmersión

La muestran entran en contacto con el simulador por completo, las muestras suelen

ser films, se cortan 4 probetas de 1 dm2 por muestra, y se meten en el tubo, que se

cortan con un troquel con las dimensiones normalizadas. Se cortan 6 muestras. Las

muestras deben de estar limpias y sin contaminación superficial, limpiando con un

paño, nunca con agua o disolvente, y siempre manipular con guantes. Las probetas

deben estar en contacto con el simulador por lo que las caras no deben tocarse

entre ellas, para ello se meten en varillas. Si las muestras son envases se cortan

trozos hasta que la suma de ellos dé 1 dm2.Se meten las muestras en los tubos, y se

llenan estos con el simulador D2 (Aceite), se llenan seis tubos, cuatro de ellos con la

muestra la cual debe estar inmersa en el aceite y dos de ellos solo con la muestra,

estos son los blancos, para ver si hay pérdidas por volátiles. Se añade el mismo

volumen de aceite a todas las muestras normalmente son 100 ml. Se graba un

código de identificación.

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3.1.1.2. Bolsa

En este caso solo entran en contacto las caras interna, las muestras suelen ser

films, se cortan 12 cuadrados de 120 mm x 120 mm con una plantilla, y cada dos

probetas se forma una bolsa termosellandolas. Quedando 6 muestras, 4 para que

estén en contacto con aceite y 2 que son los blancos, para ver si hay pérdidas por

volátiles. Se añade el mismo volumen de aceite a todas las muestras normalmente

son 100 ml. Las muestras deben de estar limpias y sin contaminación superficial,

limpiando con un paño, nunca con agua o disolvente. Y siempre manipular con

guantes. Las bolsas se llenan de simulador D2 y se termosellan, y se meten en el

horno, identificándolas previamente.

3.1.1.3. Llenado

Este ensayo se utiliza para conocer las migración en envases como botellas

tupperwares, por lo que normalmente no se corta la muestra, y solo se pone en

contacto la parte interna del plástico, se cogen 4 muestras para que estén en

contacto con el aceite, y 2 muestras como blancos, para medir las perdidas por

volatilidad de las muestras. Se añade el mismo volumen de aceite a todas las

muestras normalmente son 100 ml. Las muestras deben de estar limpias y sin

contaminación superficial, limpiando con un paño, nunca con agua o disolvente, es

muy importante manipular siempre con guantes, identificándolas previamente.

3.1.2 Acuosos

La migración global de compuestos no volátiles se mide la masa del residuo

después de la evaporación una vez se ha realizado el ensayo. Con este ensayo

podemos determinar la cantidad de plástico que migra al alimento acuoso. Se meten

las muestras en los tubos, y se llenan estos con los simuladores correspondientes,

para cada simulador se llenan cinco tubos, tres de ellos con la muestra que este

inmersa en el líquido y dos de ellos solo con el líquido, estos son los blancos. Una

vez preparados los tubos de meten en el horno según las condiciones de ensayo.

Al ser acuosos hay dos métodos, que depende de las condiciones necesarias de los

ensayos, si es a menos de 100ºC o si es más de 100ºC, porque al ser simuladores

acuosos se evaporarían antes de completar el ensayo. Si el ensayo es a menos de

100ºC se sacan las muestras de los tubos y se evaporan los simuladores. Para la

evaporación se preparan una placa por cada tubo de acuosos, las placas se

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acondicionan metiéndolas en el horno durante 30 minutos a 105 o 110ºC y se meten

en el desecador, se pesan, y se repite el procedimiento hasta que las masas

consecutivas de las placas no difieran más de 0,5 mg. Una vez las placas están

preparadas se ponen en una placa caliente y se van evaporando, los tubos se lavan

con dos porciones de simuladores de 10 ml, y cuando queda muy poco liquido en las

placas se sacan, y se meten en el horno durante 30 minutos, entre 105 y 110ºC para

que se complete la evaporación, se sacan y se deja enfriar en el desecador, y luego

se pesan consecutivamente hasta que las masas de cada placa no difieran más de

0,5 mg. Una vez completado el procedimiento la diferencia de las masas, en las

placas es la cantidad de plástico que ha migrado. Si el ensayo es a más de 100ºC,

en este caso el ensayo se debe llevar a cabo a reflujo, porque si no se evaporaría el

simulador, ya que es acuoso, y no le daría tiempo a migrar al plástico. Para este

ensayo además de los aparatos mencionados anteriormente se necesita un

condensador de reflujo, y en vez de tubos de 100 ml, lo sustituimos por matraces de

250 ml. Se mete la muestra en los matraces, y se conectan a los condensadores.

Se ponen debajo unas placas calientes y se pasa una corriente de agua fría, y se

pone a la temperatura, y el tiempo que indique el ensayo. Después se filtra para

recoger las muestras, y se evapora de la misma forma que el ejemplo anterior.

Tabla 5. Reactivos y aparatos necesarios para la migración global en acuosos.

Reactivos Aparatos

Simulador A: Etanol 10% (v/v) Plancha para cortar las muestras de 250x250 mm,

instrumentos de corte, pinzas de acero inoxidable.

Simulador B: Ácido acético 3%

(p/v)

Balanza analítica con una variación en la masa de 0,1 mg

Simulador C: Etanol 20% (v/v) Soporte para probetas y una tela metálica para introducirla

entre las probetas.

Recipientes para el acondicionamiento de las muestras con

una humedad relativa del 50% ± 5% y del 80% ± 5% a 20ºC ±

5ºC.

Tubos de vidrio de cuellos esmerilado y tapones con un

diámetro de 35 mm y una longitud entre 100 mm y 200 mm.

Probetas cilíndricas que cumplan la norma ISO 4788, de 500

ml, 250 ml, 100 ml, 25 ml y 10 ml.

Pipetas que cumplan la norma ISO 648, de 5 ml y de 10 ml

Perlas de 2 0 3 mm de vidrio

Placas de acero inoxidable níquel, platino y aleación de

platino, oro con un diámetro de 50 mm a 90 mm y con una

masa máxima de 100 g para la evaporación de los

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simuladores y para la pesada del residuo. También se pueden

utilizar placas de vidrio, vidrio cerámico o de cerámica,

siempre que las características superficiales sean tales que

las masas de las placas tras la evaporación de cualquier

simulador de alimentos específico del acondicionamiento en el

desecador alcancen un valor constante de ± 0,5 mg.

3.1.2.1. Inmersión

La muestran entran en contacto con el simulador por completo, las muestras suelen

ser films, se cortan 4 probetas de 1 dm2 por muestra, y se meten en el tubo, que se

cortan con un troquel con las dimensiones normalizadas. Se cortan 3 muestras por

simulador. Las muestras deben de estar limpias y sin contaminación superficial,

limpiando con un paño, nunca con agua o disolvente. Y siempre manipular con

guantes. Las probetas deben estar en contacto con el simulador por lo que las caras

no deben tocarse entre ellas, para ello se meten en varillas. Si las muestras son

envases se cortan trozos hasta que la suma de ellos dé 1 dm2. Se meten las

muestras en los tubos, y se llenan estos con el simulador acuoso correspondiente,

se llenan tres tubos con la muestra la cual debe estar inmersa en el simulador

acuoso y dos de ellos con, el simulador estos son los blancos. Se añade el mismo

volumen de simulador a todas las muestras normalmente son 100 ml, se identifican

las muestras para evitar que se mezclen.

3.1.2.2. Bolsa

En este caso solo entran en contacto las caras interna, las muestras suelen ser

films, se cortan 12 cuadrados de 120 mm x 120 mm con una plantilla, y cada dos

probetas se forma una bolsa termosellandolas. Quedando 3 muestras en contacto

con los simuladores acuosos correspondientes y 2 blancos que son solo los

simuladores. Las muestras deben de estar limpias y sin contaminación superficial,

limpiando con un paño, nunca con agua o disolvente, y siempre manipular con

guantes. Se añade el mismo volumen de simulador a todas las muestras

normalmente son 100 ml, durante el procedimiento se identifican las muestras para

evitar que se mezclen.

3.1.2.3. Llenado

Este ensayo se utiliza para conocer las migración en envases, por lo que

normalmente no se corta la muestra, y solo se pone en contacto la parte interna del

plástico, se cogen 3 muestras para que estén en contacto con los simuladores, y 2

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blancos, que son los simuladores solo. Se añade el mismo volumen de simulador a

todas las muestras normalmente son 100 ml. Las muestras deben de estar limpias y

sin contaminación superficial, limpiando con un paño, nunca con agua o disolvente e

identificadas y siempre manipular con guantes.

3.1.3. Sustitutivos

Este ensayo se lleva a cabo cuando no se puede realizar con simulador D2, en

cambio se usan medios volátiles con iso-octano y etanol al 95% (v/v), para la

determinación de la migración en materiales plásticos. Se mide la pérdida de masa

en el plástico que ha migrado a los simuladores.

Una vez preparada las muestras se ponen en contacto con los simuladores de

etanol y de iso-octano, de forma diferente según sea bolsa, inmersión,…… Se mete

el ensayo en el horno a la temperatura y el tiempo las cuales dependen de las

condiciones elegidas para el ensayo. Una vez realizado el ensayo se saca las

muestras y los simuladores que han estado en contacto con ellas se ponen en unas

placas pesadas previamente, y se evaporan en una plancha caliente, cuando queda

muy poco líquido se retiran, y se evapora lo que queda en el horno, después se

pesan y la diferencia de peso es el plástico que ha migrado al simulador.

Tabla 6. Reactivos y aparatos necesarios para los ensayos sustitutivos.

Reactivos

Iso-octano, (2, 2, 4-trimetilpentano), pureza 98,5%(v/v).

Etanol en disolución acuosa al 95% (v/v), pureza 96%(v/v) o superior.

Aparatos

Plancha para cortar las muestras de 250x250 mm, instrumentos de corte, pinzas de acero

inoxidable.

Balanza analítica con una variación en la masa de 0,1 mg.

Soporte para probetas y una tela metálica para introducirla entre las probetas.

Recipientes para el acondicionamiento de las muestras con una humedad relativa del 50% ± 5% y del

80% ± 5% a 20ºC ± 5ºC.

Tubos de vidrio de cuellos esmerilado y tapones con un diámetro de 35 mm y una longitud entre 100

mm y 200 mm.

Perlas de 2 0 3 mm de vidrio.

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Placas de acero inoxidable níquel, platino y aleación de platino, oro con un diámetro de 50 mm a 90

mm y con una masa máxima de 100 g para la evaporación de los simuladores y para la pesada del

residuo. También se pueden utilizar placas de vidrio, vidrio cerámico o de cerámica, siempre que las

características superficiales sean tales que las masas de las placas tras la evaporación de cualquier

simulador de alimentos específico del acondicionamiento en el desecador alcancen un valor

constante de ± 0,5 mg.

Desecador con gel de sílice autoindicador o cloruro de calcio anhidro.

Plancha para calentar.

3.1.3.1. Inmersión

Se cortan 4 probetas de 1 dm2 por muestra, y se meten en el tubo, que se cortan

con un troquel con las dimensiones normalizadas. Se cortan 3 muestras por

simulador. Las muestras deben de estar identificadas, limpias y sin contaminación

superficial, limpiando con un paño, nunca con agua o disolvente. Y siempre

manipular con guantes. Las probetas deben estar en contacto con el simulador por

lo que las caras no deben tocarse entre ellas, para ello se meten en varillas. Si las

muestras son envases se cortan trozos hasta que la suma de ellos dé 1 dm2. Se

meten las muestras en los tubos, y se llenan estos con el simulador acuoso

correspondiente, se llenan tres tubos con la muestra la cual debe estar inmersa en el

simulador acuoso y dos de ellos con, el simulador estos son los blancos. Se añade

el mismo volumen de simulador a todas las muestras normalmente son 100 ml.

3.1.3.2. Bolsa

Se cortan 12 cuadrados de 120 mm x 120 mm con una plantilla, y cada dos probetas

se forma una bolsa termosellándolas. Quedando 3 muestras en contacto con los

simuladores acuosos correspondientes y 2 blancos que son solo los simuladores.

Las muestras deben de estar limpias y sin contaminación superficial, limpiando con

un paño, nunca con agua o disolvente. Y siempre manipular con guantes. Se añade

el mismo volumen de simulador a todas las muestras normalmente son 100 ml. Se

graba un código de identificación.

3.1.3.3. Llenado

Este ensayo se utiliza para conocer las migración en envases, por lo que

normalmente no se corta la muestra, y solo se pone en contacto la parte interna del

plástico, se cogen 3 muestras para que estén en contacto con los simuladores, y 2

blancos, que son los simuladores solo al cual se le añade el mismo volumen de

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simulador a todas las muestras normalmente son 100 ml .Las muestras deben de

estar identificadas, limpias y sin contaminación superficial, limpiando con un paño,

nunca con agua o disolvente manipulándose siempre con guantes.

3.2. Migración especifica

Este ensayo determina la cantidad de un compuesto determinado que migra al

alimento. Ejemplo: acetato de vinilo, isocianatos, bisfenol A……

Cuando se determina la migración especifica de sustancias procedentes de

materiales y artículos plásticos, consta de dos etapas, la primera es la exposición del

material a los simuladores y las condiciones de ensayo, que determina el cliente. Los

simuladores a utilizar son: Simulador A: Etanol 10% (v/v), Simulador B: Ácido acético

3% (p/v), Simulador D: Aceite vegetal. Y con unas condiciones de ensayo que

dependen que las exigencias de los clientes, por lo que se ha puesto las

condiciones posibles recogidas de la norma en las que se pueden realizar.

Tabla 7. Tabla que recoge el tiempo de ensayo de la migración según su tiempo de contacto con el

alimento en migración específica.

Condiciones de contacto en el peor uso

previsible

Condiciones de ensayo

Tiempo de contacto Tiempo de ensayo

t ≤ 5 min Usar otras condiciones más reales

5 min < t ≤ 0,5 h 0,5 h

0,5 h < t ≤ 1 h 1 h

1 h < t ≤ 2 h 2 h

2 h < t ≤ 4 h 4 h

4 h < t ≤ 24 h 24 h

t ≥ 24 h 10 d

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Tabla 8. Tabla indicadora de la temperatura de ensayo de la migración según su la temperatura de

contacto con el alimento en migración específica.

Temperatura de contacto Temperatura de ensayo

T ≤ 5ºC 5ºC

5ºC < T ≤ 20ºC 20ºC

20ºC < T ≤ 40ºC 40ºC

40ºC < T ≤ 70ºC 70ºC

70ºC < T ≤ 100ºC 100ºC o temperatura de reflujo

100ºC < T ≤ 121ºC 121ºC

121ºC < T ≤ 130ºC 130ºC

130ºC < T ≤ 150ºC 150ºC

T > 150ºC 175ºC

*Esta temperatura se debe utilizar únicamente para el simulador D. Para los simuladores A o B el

ensayo puede reemplazarse por un ensayo a 100ºC o a una temperatura de reflujo durante un

periodo de cuatro veces el tiempo seleccionado de acuerdo con las reglas generales del aparatado

8.1.2.

3.2.1. Migración específica del acetato de vinilo

Este es un ensayo complementario al ensayo de migración específica, para obtener

un mayor conocimiento sobre el contenido de acetato de vinilo, y que ayudar, a dar

un resultado más exacto de la migración específica. Realizaremos el método de

hidrólisis y valoración por retroceso. Este es un método de análisis químico

cuantitativo que sirve para determinar el volumen de una disolución de

concentración conocida, que se necesita para reaccionar de gorma completa.

[Skoog y col 1997]

Para hallar el punto final de la valoración, el cual es cuando ha ocurrido toda la

reacción, se utiliza un indicador.

Tabla 9. Reactivos y aparatos necesarios para realizar el contenido en acetato de vinilo.

Reactivos: Aparatos:

-Xileno. -Bureta de 30 ml.

-Ácido sulfúrico o ácido clorhídrico. -Pipetas de 30 y 25 ml.

-Hidróxido potásico. -Matraz de 300 ml.

-Hidróxido sódico. -Tubo de ensayo de 50 ml.

-Fenolftaleína.

Para realizar este ensayo primero se disuelve la muestra en xileno, los grupos

acetato se hidrolizan mediante una disolución alcohólica de hidróxido de potásico.

CH2CHOCOCH3 + KOH CH2CHOH + KOCOCH3 + KOHexceso

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Se añade ácido sulfúrico o clorhídrico en exceso.

HCl + KOHexceso H2O + KCl + HClexceso

Se valora el ácido por retroceso con una disolución valorada de hidróxido sódico en

presencia de un indicador de fenolftaleína.

HClexceso + NaOH H2O + NaCl + NaOHexceso

Una vez obtenemos el volumen de NaOH obtenido realizamos los cálculos por

retroceso para obtener la cantidad de acetato de etilo, finalizada esta parte ensayo

continuamos con la migración específica. Este ensayo se realiza para la

determinación de acetato de vinilo en muestras de plásticos que entraran en

contacto con alimentos determinándose mediante cromatografía de gases capilar

por espacio de cabeza con detección de ionización de llama. Se realiza con

propionato de metilo como patrón interno.

Tabla 10. Reactivos y aparatos necesarios para el ensayo de migración especifica de acetato de

vinilo.

Reactivos Aparatos

Acetato de vinilo con una pureza superior al 99% Cromatógrafo de gases, con una columna que

permita separar el acetato de vinilo del patrón

interno y de otros compuestos que se

encuentren en el simulador de alimentos.

Propionato de metilo de pureza superior al 99% Viales de vidrio de 20 ml de espacio de cabeza y

los tapones.

N,N-dimetilacetamida (99,9%) Micropipetas.

Pinzas.

Procedimiento: En primer lugar se preparan las disoluciones madre de acetato de

vinilo en dimetilacetamida, y el patrón interno (propionato de metilo) con

concentraciones de 6 mg/L. A partir de estas se prepara una recta de calibrado con

los simuladores, con 6 puntos extrayendo 0, 0,5, 1, 2, 3, 5 ml de la disolución madre

de acetato de vinilo más 5 ml de patrón interno. Además, se prepara un blanco de

patrón interno y de acetato de vinilo, solo si la columna no es la misma que la de la

norma, para conocer los tiempos de retención. Se preparan 3 muestras para cada

simulador. Para preparar la muestra se pone a exposición durante el tiempo y la

temperatura que pida el cliente, y una vez haya pasado el tiempo correspondiente se

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trasvasa a los viales y se encapsulan. Los blancos y las rectas de calibrado se

trasvasan también y se encapsulan y se mide en el cromatógrafo.

3.3. Ensayos físico-químicos

En el laboratorio se hacen varios ensayos de caracterización de plásticos, para

saber de qué plástico se trata, y para ver sus propiedades. Los ensayos que se

realiza para una muestra agroalimentaria en forma de film son: DSC (calorimetría

diferencial de barrido), IR (Infrarrojos), tracción, desgarro, permeabilidad al agua e

impacto al dardo.

3.3.1. DSC (Calorimetría diferencial de barrido)

Consiste en una técnica que compara la diferencia la velocidad de flujo y el tiempo

de la muestra a ensayar con una referencia que consiste en un blanco, la cuales

están dentro de un crisol bajo atmosfera inerte (N2 o Argón) para que no reaccione

en el proceso. Este ensayo se utiliza para determinar la temperatura de fusión, y a

partir de ella poder decir de qué plástico se trata, mirando las temperaturas de los

polímeros en bibliografía. Además este ensayo sirve también para ver los cambios

de cristalinidad de los polímeros que se originan por cambios de temperatura.

Figura 11. Calorímetro diferencial de barrido Mettler Toledo

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Este ensayo te permite conocer las entalpias de fusión y de cristalización mediante

los gráficos que se obtienen. Mediante la tabla de puntos de fusión de los polímeros

se conoce los polímeros de la muestra según sea su punto de fusión.

Tabla 11. Indica los puntos de fusión, los cambios de cristalinidad y la entalpia de fusión a 100ºC de

los polímeros más comunes.

Polímero Símbolo Tg ºC Tm ºC ∆Hfus,100% crist.

J/g

Policloruro de vinilo, plastificado PVC-P -40…10

Copolimero de acetato de etilen-

vinilo

E/VAC -20…20 40…100

Polietileno, baja densidad PE-LD (-100) 110 293

Polietileno, alta densidad PE-HD (-70) 135 293

Copolimero de polioximetileno POM 164…168

Polipropileno PP (-30) 165 207

Cloruro de polivinilideno PVDC -17

Homopolímero de polioximetieno POM 175…180 326

Polifluoruro de vinilideno PVDF 178

Poliamida 12 PA12 (40) 180

Poliamida 11 PA11 186

Acetato de polivinilo PVAC 30

Cloruro de polivinilo PVC-U 80…85 (190)

Tereftalato de polibutileno PBT 65 220

Poliamida 6 PA6 (40) 220…230 230

Poliamida 610 PA610 (46) 226

Poli alcohol de vinilo PVAL 85

Poliestireno PS 90…100

Poli metil metacrilato PMMA 105

Poli fenilen éter PPE 230

Policarbonato PC 155 (235)

Poliamida 66 PA66 (50) 260 255

Tereftalato de polietileno PET 69 256 140

Copolímero de

polietileno/tetrafluoretileno

E/TFE 270

Copolímero de fluoruro de

polietileno/propileno

FEP 280

Polisulfuro de fenileno PPS 80 280

Poliftalamida PPA 125 310

Poliacrilonitrilo PAN 100 (320)

Polietercetona PEEK 143 335

Politetrafluoroetileno PTFE (-20) 327 82

Poliéter sulfonas PES 220

Polieterimida PEI 220

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Procedimiento: Las probetas deben de ser solidas o liquidas, y se deben manipular

con guantes y pinzas, para la preparación de muestra se pesa en un crisol pequeño

entre 5 y 10 mg de muestra y se mete en un crisol pequeño, se tapa y se sella, y se

mete en el DSC, junto al crisol de referencia. En este ensayo trabaja en dinámico ya

que queremos cambios de temperatura para ver su punto de fusión y si hay cambios

en la cristalinidad del polímero.

3.3.2. IR (Espectro infrarrojo)

Es una técnica de absorción de las vibraciones y rotaciones de las moléculas en el

infrarrojo. [Hesse y col 1995], existen dos tipos de vibraciones de las moléculas: las

vibraciones de tensión y las de flexión, las de tensión son vibraciones de tensión son

cambios en la distancia inter atómica, y la de flexión son cambios en el ángulo de los

enlaces.

Figura 12. Distintos tipos de vibración de las moléculas.

El espectro infrarrojo está situado entre 4000 cm-1 y 400 cm-1 .Las zonas entre 1300

cm-1 y 400 cm-1 (infrarrojo medio) se encuentran las bandas de absorción de las

vibraciones entre dos átomos de la molécula y aquí se encuentran los dobles y

triples enlaces y a grupos con hidrogeno. En las zonas entre 4000 cm-1 y 1300 cm-1

(infrarrojo lejano) se encuentran bandas de absorción de la vibración CH, CN, CC,

CO llamada huella dactilar. A continuación se muestra una tabla de los distintos

enlaces según la frecuencia:

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Tabla 12. Frecuencias de vibración de los enlaces y su tipo de vibración.

Intervalo de frecuencia (cm-1) Enlace Tipo de vibración

3600-3200 O-H Tensión

3500-3200 N-H Tensión

3000-2800 C-H Tensión

1600-1700 O-H Flexión

1640-1550 N-H Flexión

1400-1200 C-H Flexión

1350-1000 C-N Flexión

900-800 As-O Tensión (simétrica)

700-750 As-O Tensión (antisimétrica)

500-400 As-O Flexión

Figura 13. Espectrómetro IR Bruker.

3.3.3. Tracción

El objetivo de este ensayo es el determinar la resistencia a la tracción de la probeta,

es decir la resistencia al estiramiento del polímero, el módulo de elasticidad y la

relación esfuerzo/ deformación. Para ello se utiliza la maquina universal de tracción,

en la cual para realizar el ensayo es necesario un software para establecer las

propiedades, y en la maquina hay que seleccionar una célula de carga según la

fuerza necesaria, hay dos células una pequeña que abarca hasta 100 Newton y una

grande que abarca desde los 100 Newton hasta los 1000 Newton de fuerza, según

la fuerza necesaria para romper la probeta. Hay distintos tipos de mordazas para

sujetar la probeta al estirar. Para el ensayo de nuestra muestra agroalimentaria que

tiene forma de hoja o film, no se puede utilizar el extensómetro ya que este puede

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alterar la muestra debido a que esta es muy fina y se puede romper. El

extensómetro sirve para medir la longitud de estiramiento de la zona central de la

probeta, y que no cuente el estiramiento de la zona de agarre, ya que este no

interesa para realizar el ensayo.

Figura 14. Máquina universal de tracción H10KS de Metrotec

Procedimiento: Para realizar este ensayo primero debemos de preparar la muestra

para ello, necesitamos un troquel que corte la muestra con unas dimensiones

normalizadas que aparecen a continuación:

Figura 15. Probeta normalizada para el ensayo de tracción, donde se indica las longitudes

reglamentarias.

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Se necesitan 5 valores buenos de muestras ensayas, y se representa en un gráfico,

para nuestra muestra se hacen ensayos longitudinales y transversales, ya que en la

fabricación del film al tiene unas líneas longitudinales donde la fuerza al estiramiento

es mayor que las transversales.

Se realiza el ensayo con la velocidad y el desplazamiento que determina la norma,

que es 1 N/s y con un desplazamiento de 1000 ml.

3.3.4. Desgarro

En este ensayo se determina la resistencia del plástico al rasgado cuando se le ha

hecho un corte. Este ensayo yo haremos mediante el método Elmendorf, que debe

su nombre a que se utiliza un aparato Elmendorf.

Figura 16. Desgarrómetro de Metrotec. Figura 17. Partes de las que se compone un

desgarrómetro.

En este aparato se sitúa la probeta normalizada en las mordazas, que es el sitio b,

se le hace un pequeño corte en la probeta y se suelta el péndulo, que actúa como un

balancín, para que mediante energía cinética y potencial haga una fuerza para

rasgar el film. Esa fuerza es recogida por un software el cual son los datos que

queremos obtener. Debido a que los hay muchos tipos de film diferentes, se

necesitan distintas fuerzas, para ellos el aparato consta de un soporte para poner

pesas que ayuden a hacer más fuerza en el balanceo. Para determinar que pesa es

la correcta, la fuerza que ejerce sobre el film debe estar entre el 20% y el 80% de la

fuerza máxima de la pesa. La probeta debe estar normalizada y seguir las

dimensiones que dice la norma.

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Figura 18. Probeta normalizada de desgarro, donde se indican sus dimensiones.

Se necesitan 5 medidas buenas, es decir lo más reproducibles posible y dar su

intervalo de confianza, se debe hacer dos ensayos, para las probetas longitudinales

y las transversales.

3.3.5. Impacto al dardo

En este ensayo se determina la energía necesaria para romper una película u hoja,

lanzando un dardo con un peso y desde una altura. Hay dos métodos para realizar

este ensayo que difieren de la altura de lanzamiento, y del peso del dardo. Se

realizara el método A que consta de un dardo de 38 mm de radio de una cabeza

semiesférica con un peso de 140 gramos, y las pesas que se le añaden para

aumentar o disminuir el peso es de 15, 30 y 60 gramos.

Para realizar el ensayo se utiliza un aparato como este:

Figura 19. Partes de la que consta el aparato de impacto al dardo.

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Figura 20. Aparato de impacto al dardo de Metrotec.

La muestra en forma de film se pone en el anillo de sujeción y este se cierra

mediante aire comprimido, debe estar lo más estirada posible para que el ensayo

sea válido. Se pone el dardo en la abrazadera que tiene un electroimán, y se lanza

desde ahí, primero se prueba con distintos pesos hasta que rompa, y cuando ha roto

se empieza desde ese peso el ensayo, se va anotando los pesos y si hay rotura o

no, cuando rompe se le quita una pesa de un peso determinado y si rompe se le

añade la pesa, siempre se debe de añadir y quitar el mismo peso. Para acabar el

ensayo hay que tener como mínimo 10 pesos en los que la muestra rompe y 10

pesos en los que la muestra no rompe. Una vez tenemos los datos mediante unos

cálculos se obtiene la masa con la que rompe la muestra.

mf =m0 + Δm(A

N - 0.5)

Donde mf es la masa de rotura la muestra, m0 es la masa más pequeña con la que

rompe la muestra y ∆m es la cantidad de masa que se quita y se añade.

Donde A y N:

A= ∑ 𝑛𝑧𝑘𝑖=1

N= ∑ 𝑛𝑘𝑖=1

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3.3.6. Permeabilidad al agua

Este ensayo nos permite conocer la masa de vapor de agua que atraviesa el

plástico, por unidad de área y de tiempo. Este mecanismo ocurre por difusión, que

ocurre porque se forma un flujo de vapor a través de la muestra, debido a que se

forma un gradiente de presión, por diferencias de presión entre el interior y el

exterior. Este ensayo se lleva a cabo de un permeabilímetro.

Figura 21. Permeabilímetro Metrotec

Procedimiento: El procedimiento es muy simple ya que solo se necesita un

desecante para mantener la humedad estable entre 88-92% y la temperatura a 38ºC,

el ensayo solo se necesita primero, estabilizar el aparato, y que las condiciones

deben estar como se ha referido anteriormente. Una vez estabilizado, se mete la

muestra y cuando acabe se recogen el resultado, de la masa de vapor de agua que

ha difundido. En la preparación de muestra lo primero que hay que hacer es

certificar si la muestra es multicapa o mono capa, ya que si es multicapa, ese

necesita el doble de muestras, para hacerlo por las dos caras, ya que si se ensaya

una cara, esa muestra no vale para ensayar la otra cara. Se cortan muestras

circulares con 90 mm de diámetro, se necesitan como mínimo tres ensayos válidos.

Y hay que medir el espesor, ya que interviene en las medidas.

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1. Migración global

Para la expresión de los resultados obtienen mediante el cromatógrafo de gases,

para ello antes de medir es necesario hacer una curva de calibrado que consiste en

medir concentraciones conocidas del compuesto que queremos determinar para

comparar los picos y saber la concentración que hay en la muestra. Se necesita

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hacer blancos para poder conocer el tiempo de retención de los simuladores. Los

resultados se expresan en mg/dm2 más la incertidumbre. Se hace una media de las

medidas obtenidas de las 4 muestras en aceite o de las 3 muestras en acuosos, si el

resultado sale por debajo de 4,4 mg/dm2 en aceite o de 4 mg/dm2 en acuosos, se

expresa de esa forma, ya que no se puede dar una cantidad determinada por debajo

de esa cantidad. Por norma para que un plástico sea apto para estar en contacto

con alimentos debe de migrar como máximo 10 mg/dm2.

4.1.1. Aceite

4.1.1.1. Inmersión

Se realiza un ensayo a una muestra de apet transp, la muestra es una lámina.

-Superficie: 1 dm2 -Espesor: 0,383 mm.

-Simulador: D2 (Aceite vegetal) -Número de especímenes: 4

-Condiciones de ensayo: 10 días a 40ºC

-No se ha usado un procedimiento para la determinación de masa de muestras

sensibles a la humedad.

Tabla 13. Resultados de la migración global en aceite

Muestras 1 2 3 4

Resultado (mg/dm2) 1,7 2,2 1,6 2,3

Resultado: <4,4 mg/dm2 ± 1,7 mg/dm2

4.1.2. Acuosos

4.1.2.1. Inmersión

Se realiza un ensayo a una muestra de apet transp, la muestra es una lámina.

-Superficie: 1 dm2 -Espesor: 0,383 mm.

-Simulador: A (Etanol 10%) -Número de especímenes: 3

-Condiciones de ensayo: 10 días a 40ºC

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-No se ha usado un procedimiento para la determinación de masa de muestras

sensibles a la humedad.

Tabla 14. Resultados de la migración global en acuosos

Muestras 1 2 3

Resultado (mg/dm2) 0,6 0,4 0,5

Resultado: <4 mg/dm2 ± 1,5 mg/dm2

-Superficie: 1 dm2 -Espesor: 0,383 mm.

-Simulador: B (Ácido acético 3%) -Número de especímenes: 3

-Condiciones de ensayo: 10 días a 40ºC

-No se ha usado un procedimiento para la determinación de masa de muestras

sensibles a la humedad.

Tabla 15. Resultados de la migración global en acuosos

Muestras 1 2 3

Resultado

(mg/dm2)

0,4 0,3 0,2

Resultado: <4 mg/dm2 ± 1,5 mg/dm2

4.2. Migración especifica

Este es el resultado del contenido en acetato de vinilo en masa %

Tabla 16. Resultado del porcentaje de acetato de vinilo de las muestras

Muestra 1 Muestra 2 Valor medio

26,8 % 26,9 % 26,9 %

22,8 % 23,5 % 23,1 %

Para hallar estos resultados lo hacemos por cromatografía liquida

Nº de especímenes: 3 por ensayo Espesor medio: 0,523 mm

Cantidad de simulante: 150 g Superficie muestra: 1,3439 dm2

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Temperatura: 40 º C Tiempo exposición: 10 días

Resultado (mg/Kg)

Tabla 17. Resultado del ensayo de migración específica.

Simulantes Muestra 1 Muestra 3 Muestra 3 Resultado

A ND ND ND <8

B ND ND ND <2.4

C ND ND ND <2.4

ND = no detectado o valor obtenido inferior al límite de cuantificación del método (9 mg/kg para el simulante A, y

2.4 para los simulantes B y D2)

4.3 Físico-Químicos

4.3.1. DSC (Calorimetría diferencial de barrido)

Figura 22. Espectro del DSC de la muestra

Este es el espectro del DSC en el que se observa una cierta simetría que indica que

el calentamiento se ha realizado por duplicado, se comenzó con una rampa de

temperatura desde temperatura ambiente has -30º C, la segunda rampa de

temperatura va desde -30º C hasta 300º C, se repitió el enfriamiento desde 300º C

hasta -30º C, y se volvió a calentar hasta 300º C.

Esto se hace para tener un ensayo más fiable, ya que en el segundo calentamiento

se obtiene un espectro mejor, y además sirve para comprobar que las temperaturas

de fusión son muy parecidas.

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En nuestro espectro se ven dos picos hacia abajo que indican que hay dos puntos

de fusión, lo que hace indicar que parece que la muestra es multicapa.

El primer pico sale a 108,75º C por lo que con la tabla anterior se deduce que este

polímero parece polipropileno de baja densidad, y el segundo pico que sale una

temperatura de 217,40º C indica que la otra capa parece poliamida 6.

4.3.2. IR (Espectro infrarrojo)

Debido a que en la prueba anterior parece que es un polímero multicapa, se ha

realizado el espectro infrarrojo por las dos caras para así confirmar que se trata de

ello, y se compara con las bases de datos de la empresa para saber de qué plástico

se trata. En la cara A, el resultado que nos salió es polietileno de baja densidad, que

concuerda con lo obtenido anteriormente. En la cara B, el resultado que nos salió es

poliamida 6, que concuerda con lo obtenido anteriormente.

Figura 23. Espectro IR de la cara A de la muestra.

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38

Figura 24. Espectro IR de la cara B de la muestra

4.3.3. Tracción

Tabla 18. Resultados de la tracción longitudinal

Probeta

1

Probeta

2

Probeta

3

Probeta

4

Probeta

5

Media Desviación

típica

Coeficiente

variacional

Limite

confianza

σy

(MPa)

16,34 14,89 16,20 20,24 15,58 16,65 2,09 0,13 1,83

σm

(MPa)

16,34 14,89 16,20 20,24 15,58 16,65 2,09 0,13 1,83

σb

(MPa)

44,79 44,13 45,19 49,26 23,90 41,45 10,01 0,24 8,78

εy (%) 3,29 3,15 3,19 3,85 2,99 3,30 0,33 0,10 0,29

εm

(%)

3,29 3,15 3,19 3,85 2,99 3,30 0,33 0,10 0,29

εb

(%)

308,06 303,63 307,63 312,78 197,69 285,96 49,45 0,17 43,34

Et

(MPa)

775,31 770,43 814,06 906,18 762,00 805,60 59,67 0,07 52,30

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39

Figura 25. Gráfica ensayo tracción longitudinal

En la gráfica se observa que todas excepto la probeta 5 siguen un mismo

comportamiento, y que se ve una pendiente que define el módulo de Young, que es

el límite elástico de la probeta, y el resto es el límite plástico.

Tabla 19. Resultados de la tracción transversal.

Probeta

1

Probeta

2

Probeta

3

Probeta

4

Probeta

5

Media Desviación

típica

Coeficiente

variacional

Limite

confianza

σy (MPa) 19,15 18,21 14,29 15,80 15,37 16,56 2,04 0,12 1,79

σm (MPa) 19,15 18,21 14,29 15,80 15,37 16,56 2,04 0,12 1,79

σb (MPa) 33,38 44,98 35,70 36,12 32,18 36,47 5,03 0,14 4,41

εy (%) 3,61 3,44 3,04 4,67 3,76 3,70 0,60 0,16 0,53

εm (%) 3,61 3,44 3,04 4,67 3,76 3,70 0,60 0,16 0,53

εb (%) 270,51 353,63 386,23 299,86 319,73 314,11 31,06 0,10 27,22

Et (MPa) 948,99 946,34 799,65 786,82 800,48 856,46 83,44 0,10 73,14

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40

Figura 26. Gráfica ensayo tracción transversal

4.3.4. Desgarro

El valor medio es el resultado del ensayo, que se da con su desviación típica.

Espesor: 0,084 mm

Tabla 20. Resultados del ensayo de desgarro

Probeta 1 Probeta

2

Probeta

3

Probeta

4

Probeta

5

Valor

medio

Desviación

típica

Dirección

longitudinal

4,21 2,43 1,60 5,32 3,75 1,69

Dirección

transversal

4,73 4,10 3,46 3,84 4,60 4,15 0,52

La probeta 3 de longitudinal no tiene valor porque no salió bien el ensayo.

4.3.5. Impacto al dardo

En este ensayo aunque su resultado es únicamente una masa de rotura, el ensayo

conlleva más datos de masas a las que ha roto, o no ha roto, todos estos se recogen

en una tabla. Al realizar este ensayo, nos da estos resultados:

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Figura 27. Resultados de la rotura de la muestra

Y el software nos da también una gráfica donde se recoge los datos de la rotura.

Figura 28. Gráfica que representa la masa de impacto y el número de probeta de las muestras

ensayas

Y con todos estos datos hay que sacar la masa final con los cálculos descritos

anteriormente.

Mf=1340 + 15(((4x0 + 5x1 + 1x2)/(4 + 5 + 1)) – 0,5)= 1343 mg

4.3.6. Permeabilidad al agua

El ensayo se ha tenido que realizar por las dos caras debido a que la muestra es

multicapa, de los valores obtenidos, el resultado final es la media de los 3.

Poliamida:

1ª Medida: T: 38ºC H: 90,3% WVTR: 12,64 g/m2 24h

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

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2ª Medida: T: 38ºC H: 89,2% WVTR: 9,43 g/m2 24h

3ª Medida: T: 38ºC H: 93,6% WVTR: 11,32 g/m2 24h

Polietileno:

1ª Medida: T: 38ºC H: 90% WVTR: 10 g/m2 24h

2ª Medida: T: 38ºC H: 88,9% WVTR: 11,88 g/m2 24h

3ª Medida: T: 38ºC H: 89,2% WVTR: 12,15 g/m2 24h

T: temperatura H: humedad WVTR: permeabilidad

5. CONCLUSIONES

Durante mi estancia en la empresa Andaltec, he podido comprobar, que en

consecuencia al sistema de gestión de la calidad establecida, muchas empresas

recurren a sus servicios, dado que al estar acreditados, sus resultados son fiables,

contando con clientes por España y Europa. De la multitud de ensayos realizados

mayoría son de migración global probados en simuladores acuosos y en aceite, y un

número más reducido los ensayos de caracterización de los plásticos alimenticos.

Los resultados obtenidos de la migración han sido favorables, por consiguiente, los

plásticos pueden ser utilizados para su comercialización, lo que indica que las

empresas hoy en día están más concienciadas de la problemática y van mejorando

e innovando en su fabricación para que sus productos no sean nocivos, fabricar

envases con propiedades muy parecidas, y con una tasa de migración mínima o

inexistente.

6. BIBLIOGRAFÍA

- Alin, J.; & Hakkarainen, M; Microwave Heating Causes Rapid Degradation of

Antioxidants in Polypropylene Packaging, Leading to Greatly Increased Specific

Migration to Food Simulants As Shown by ESI-MS and GC-MS. Journal of

Agricultural and Food Chemistry 59 (2011), 5418-5427

- Bhunia, K.; Sablani, S.; Tang, J.; & Rasco, B.; Migration of Chemical Compounds

from Packaging Polymers during Microwave, Conventional Heat Treatment, and

Page 47: Ensayos físico-químicos Trabajo Fin de Grado en materiales ...tauja.ujaen.es/bitstream/10953.1/6461/1/TFG_Ruben_Camara_ Melero.pdf · UNIVERSIDAD DE JAÉN Facultad de Ciencias Experimentales

43

Storage. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 12 (2013), 523-

545

- Boscha, R.; Quiroga, B.; Muñoz-Moreno, C.; Olea-Herrero, N.; Arenas, M.;

González-Santander, M.; Reventúne, P.; Zaragoza, C.; de Arribab, G.; & Saura, M.;

El bisfenol A: un factor ambiental implicado en el daño nefrovascular. Nefrología 36

(2016), 5-9

- Cao, X.-L.; Phthalate Esters in Foods: Sources, Occurrence, and Analytical

Methods. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 9 (2010), 21-43

- Catalá, R.; & Gavara, R.; Polímeros de alta barrera para el envase de alimentos.

Food Science and Technology International 2 (1996), 281-291.

- Chailurkit, L.; Srijaruskul, K.; & Ongphiphadhanakul, B.; Bisphenol A in Canned

Carbonated Drinks and Plastic-Bottled Water from Supermarkets. Exposure and

Health (2016), 1-6

- Cooper, J.; Kendig, E.; & Belcher, S.; Assessment of bisphenol A released from

reusable plastic, aluminium and stainless steel water bottles. Chemosphere 85

(2011) 943-947

- de Fátima Poças, M.; & Hogg, T.; Exposure assessment of chemicals from

packaging materials in foods. Trends in Food Science and Technology 18 (2007),

219-230

- Ghambari, H.; Reyes-Gallardo, E.; Lucena, R.; Saraji, M.; & Cárdenas, S.;

Recycling polymer residues to synthesize magnetic nanocomposites for dispersive

micro-solid phase extraction. Talanta (2017), 1-27.

- Hesse, M.; Meier, H.; & Zeeh, B.; Métodos espectroscópicos en química –orgánica.

Editorial síntesis, 5ª edición (1995), 17-18

- Lau, O.-W.; & Wong, S.-K.; Contamination in food from packaging material. Journal

of Chromatography A 882 (2000), 255-270

- Li, B.; Wang, Z.; Lin, Q.; & Hu, C; Molecular dynamics simulation of three plastic

additives’ diffusion in polyethylene terephthalate. Food Additives & Contaminants

(2017), 1-12.

- Muscogiuri, G.; & Colao, A.; Phtalates: new cardiovascular health disruptors?

.Archives of Toxicology 91 (2016), 1513-1517

- Sanchis, Y.; Yus, V.; & Coscoll, C.; Analytical strategies for organic food packaging

contaminants. Journal of Chromatography A (2017), 1-71

- Skoog; West: & Holler; Fundamentos de Química Analítica. Editorial Reverté, 4ª

Edición (1997), 24

Page 48: Ensayos físico-químicos Trabajo Fin de Grado en materiales ...tauja.ujaen.es/bitstream/10953.1/6461/1/TFG_Ruben_Camara_ Melero.pdf · UNIVERSIDAD DE JAÉN Facultad de Ciencias Experimentales

44

- Tamburro, C.H.; Health effects of vinyl chloride. Texas Reports on Biology and

Medicine 37 (1978), 126-144

- Vandenberg, L.N; Hauser, R.; Marcus, M.; Olea, N.; Wade V. Welshons, W.V.;

Human exposure to bisphenol A (BPA). Reproductive Toxicology

24 (2007), 139-177

Para la realización del trabajo fue necesario buscar en estas normas

- UNE_EN_ISO 527 Parte 1, 2, 3, 4, 5= 2012.Plásticos.Determinación de las

propiedades en tracción

- UNE-EN_1186-1=2002 Materiales y artículos en contacto con productos

alimenticios. Plásticos.

- UNE_EN_ISO 6383-2=2005.Plásticos.Películas y láminas de plásticos.

Determinación de la resistencia al rasgado. Método Elmendorf.

- UNE_EN_ISO 7765-1=2005.Películas y láminas de plásticos. Determinación de la

resistencia al impacto por el método de caída del dardo. Parte 1 Método de la

escalera

- UNE-EN ISO 8985:1998 Plásticos. Termoplásticos de copolímeros de

etileno/acetato de vinilo (EVAC). Determinación del contenido de acetato de vinilo.

- UNE_EN ISO 11357-01=2015 Plásticos. Calorimetría diferencial de barrido

(DSC).Principios generales

- UNE_EN ISO 11357-02=2015 Plásticos. Calorimetría diferencial de barrido

(DSC).Determinación de la temperatura y entalpia de fusión y de cristalización

- UNE_EN ISO 11357-02=2015 Plásticos. Calorimetría diferencial de barrido

(DSC).Determinación de la capacidad térmica especifica.

- REGLAMENTO (UE) No 10/2011 DE LA COMISIÓN del 14 de enero de 2011:

sobre materiales y objetos plásticos destinados a entrar en contacto con alimentos.

Se usaron algunas páginas web para la búsqueda de información del trabajo

- http://www.ehu.eus/imacris/PIE06/web/IR.htm

-http://www.aimplas.es/blog/ensayos-de-permeabilidad-al-vapor-de-agua-para-

envases

http://www.scalofrios.es/CEE/condensaciones/pag/factorresistenciavapordeagua

.htm

- www.andaltec.org