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PRODUCCIONES DE ENVASES METÁLICOS. TIPOS, CARACTERÍSTICAS Y USOS Soledad Bolumen, Divina Pacheco Instituto de Investigaciones para la Industria Alimenticia

CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS Vol. 16, No. 1, 2006 ISSN: 0864-4497

- Reseña -

PRODUCCIONES DE ENVASES METÁLICOS. TIPOS, CARACTERÍSTICAS Y USOS Soledad Bolumen* y Divina Pacheco Instituto de Investigaciones para la Industria Alimenticia Carretera al Guatao km 3 ½, La Habana, CP 19200, Cuba E-mail [email protected] RESUMEN

ABSTRACT

Los envases metálicos son considerados recipientes herméticos y asépticos, capaces de conservar los alimentos frescos y naturales. Están constituidos fundamentalmente por acero recubierto de estaño, con lacas protectoras de origen orgánico, compatibles con los alimentos. En el presente trabajo se realizó un breve análisis, basado en las características de las materias primas: estaño, chapa cromada y aluminio, envases conformados y sus métodos de evaluación. Palabras clave: envases metálicos asépticos, alimentos frescos y naturales, lacas.

Can productions. Types, parameters and uses The metallic containers are considered hermetic and aseptic recipients, capable to conserve fresh and natural foods. Usually its base is a recovered steel of tin and lacquers protectors of organic origin, compatible with the foods. Presently work is carried out a brief analysis, leaving of the characteristics of the raw materials: tin, chromed steel plate and aluminum, conformed containers and its evaluation methods. Key words: aseptic metallic cans, natural and fresh foods, lacquerers.

INTRODUCCIÓN En el momento en que se recolecta cualquier producto o materia prima, sufre pérdidas inevitables en cuanto a su frescura, calidad y nutrición; todos estos cambios continúan naturalmente durante el transporte o almacenamiento prolongado en los supermercados, hasta ser sometidos a la cocción final en el hogar.

En el presente trabajo se realizó un breve análisis de los envases metálicos, sobre la base de las características de las materias primas, envases y sus métodos de valuación

El enlatado recoge y preserva lo bueno de las cosechas recién recogidas. Es una alternativa para tener un alimento tan natural como los alimentos frescos, fuera de época de cosecha; es fácil de transportar y permite el almacenamiento del producto por largo tiempo, conservando sus características.

Envase de hojalata

DESARROLLO

Es un recipiente metálico, hermético y aséptico, apto para conservar alimentos frescos y naturales, cuya base es un acero recubierto de estaño y lacas protectoras de origen orgánico, compatibles con los alimentos. Hojalata. Definición

Martí Ingeniera Química (ISPJAE, 1975). *Soledad Soledad Bolumen Martí: Investigador Titular. Máster en Ciencia y Tecnología de los Alimentos (IFAL, 1998). Jefa del Departamento de Envases. Sus principales líneas de trabajo son los envases y embalajes para alimentos.

Lámina de acero de bajo carbono cuyo espesor varía entre 0,15 y 0,50 mm; con recubrimiento de estaño entre 2,8 y 17 g/m2 (espesor 0,4 a 2,5 µm) por cada cara.

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La combinación del estaño con el acero produce un material con buenas propiedades de resistencia y excelente calidad en la fabricación, tales como: ductibilidad y estiramiento, soldabilidad, capacidad para soldar, atoxicidad, lubricidad, laqueabilidad, superficie de gran apariencia y brillo y resistencia a la corrosión.

Estañado

El hierro usado es generalmente hematita (Fe2O3) con alguna magnetita (Fe3O4). El lingote de hierro de un alto homo contiene de 3,5 a 5 % carbono, 0,3 a 1 % silicio y en dependencia del mineral: se puede añadir 2 % manganeso, 1 % fósforo, 0,08 % azufre. En la Tabla 1, se presentan los principales tipos de acero utilizados en la producción de hojalata, sus propiedades y aplicación.

El proceso electrolítico es el más ventajoso, pues se obtienen menores espesores de estaño, diferentes espesores por cada cara; existe la posibilidad de aplicar diferentes espesores por cada cara y de establecer condiciones para el recubrimiento externo e interno de los envases. Los métodos utilizados son los de sulfato de ácido estañoso (Ferrostan) y el de la utilización de halógenos.

Los valores de dureza en la escala Rockwell 30 T, sirven de guía para las propiedades mecánicas de la hojalata y se usan como base para una escala de clasificación de temple. En la Tabla 2, se muestra alguna información sobre las características y aplicaciones de los temples de mayor uso (1).

Recubrimiento de estaño, formas de expresarlo:

El método tradicional es el de inmersión en caliente. Posee como desventaja, un peso relativamente alto y se obtienen recubrimientos no uniformes por ambas caras.

11,2 g/m2 = 0,00154 mm espesor 11,2 g/m2 = 1 lb/bb Caja Base (bb) 112 láminas de 356 x 508 mm (14 x 20 pulg)= 20,2325 m2 31,360 pulg2

Tabla 1. Tipos de acero, propiedades y aplicación Tipo L MR

N D

Propiedades Alta pureza, niveles bajos de elementos residuales Es el acero más comúnmente usado Acero que necesita la inyección de nitrógeno para lograr mayor fortaleza por encima de 0,02 % Acero estable, menor contenido de carbono

Aplicación Cuando se requiere alta resistencia a la corrosión interna Para el envasado de vegetales y carnes, donde la resistencia a la corrosión interna no es muy crítica. Se requiere alta resistencia y rigidez, ej: fondos de las latas y aerosoles Se usa para severas operaciones de impresión

Tabla 2. Aplicaciones de temple en la producción de hojalata Norma

Corriente

Escala Rockwell 30 T

T1

T50

46-52

T2

T52

50-56

T3

T57

54-63

T4

76

58-64

T5

T65

62-68

T6

T70

67-73

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Aplicaciones Tuberías, fondos, superficies grandes Grandes superficies y partes especiales de las latas Fondos y cuerpo, cierre de latas con diámetros grandes. Fondos y cuerpos Fondos, cuerpos rígidos y productos no corrosivos Fondos y cuerpos muy rígidos

Hojalata diferencial Se identifica por marcas con líneas paralelas, cuya separación está relacionada con la combinación del espesor del recubrimiento. Normalmente se marca la cara más rica en estaño. Tipos de acabado superficial En la Tabla 3, se presentan los tipos de acabado comúnmente aplicados sobre la superficie de la hojalata para diferentes propósitos. De acuerdo a la literatura consultada, algunos autores plantean que en la producción mundial de hojalata se encuentran presentes 10 grados diferentes de acero, 32 espesores, 19 variaciones en el peso del recubrimiento de estaño, 6 acabados superficiales y 2 tratamientos de superficie (1). Aluminio El aluminio es un material blando, maleable y dúctil, con un tinte ligeramente azuloso, capaz de tomar un pulido brillante que no se altera en presencia de aire. Su peso atómico es 26,98 y su número atómico es 13. Como material puro o en aleaciones se emplea en la industria de envases y otros destinados a los productos alimenticios, aprovechando su alta

resistencia al calor y a los agentes químicos. Es un metal anfótero, que es estable a valores de pH comprendidos entre 5 y 11, y se disuelve fuertemente a pH superiores o inferiores (2). Es un material altamente plástico, por lo que permite ser conformado con facilidad y tiene además alta conductividad térmica. Tiene como desventaja su baja resistencia mecánica. El aluminio se encuentra presente en una gran variedad de aplicaciones que van desde la estructura de un avión hasta la protección de un chocolate. Se considera por sus posibilidades de uso que es el protagonista del siglo XXI. Entre sus usos más importantes se encuentran: como materiales para la construcción, en el transporte, uso eléctrico, artículos en el hogar, materiales y equipos y como material de envase, para proteger golosinas, cigarrillos, medicamentos; en materiales rígidos para refrescos, en bandejas para alimentos, en pomos y tapas de diversos tipos (1). En la Tabla 4 se presentan algunos usos del aluminio según información de la European Aluminium Association.

Tabla 3. Tipos de acabado. Usos Tipos de acabado Espejo Espejo Plata

Brillante (Stone finish)

Usos Envases de línea general Acabado con estaño fundido con brillo lustroso Tapas corona Acabado opaco, sin brillo Envases de uso diverso, tapas corona Acabado con estaño fundido producido por un tratamiento especial dado al material base. Envases de uso general Acabado con estaño fundido producido sobre el metal base, con una ligera apariencia opaca. Permanece sin rayaduras durante la litografía o fabricación.

Tabla 4. Algunos usos del aluminio en función de su espesor 200µm

Semi-flexible Rígido

Material complejo para envases de cartón para jugos, bolsas, envolturas, collarines, envolturas para tapas, etiquetas, etc. Envases, bandejas, etc. Envases de dos piezas, aerosoles, entre otros.

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Lacas y barnices. Características principales El principio esencial de acción de los recubrimientos es aislar o separar al metal del medio corrosivo, por lo que se considera un método pasivo de protección. Según su naturaleza química el recubrimiento aplicado en los envases metálicos se clasifica como orgánico cuyo principal objetivo es lograr elevados tiempos de vida útil y ejercer una efectiva protección de los metales. Las propiedades más importantes que deben poseer las lacas o barnices son: baja porosidad, adherencia elevada, uniformidad y espesor, alta resistencia química, buenas propiedades mecánicas y resistencia frente al calor, frío y radiación (3).

transporte de gases y líquidos, los cuales están envueltos en la disolución en la película de laca y a través de la difusión bajo un gradiente de concentración. Las fallas en los envases barnizados son a menudo debido a la unión entre el recubrimiento y la superficie del metal, a veces se presenta una separación del recubrimiento; por lo que se requiere una buena adhesión para prevenir reacciones anódicas que contrarresten las fuerzas desarrolladas bajo el recubrimiento debido a factores físicos y químicos, y para garantizar la apariencia estética (5). Métodos de ensayo

La penetración de los agentes corrosivos a través del recubrimiento está en función directa con su porosidad, lo cual solo ocasiona la corrosión del metal base, sino también el levantamiento y destrucción del recubrimiento debido a los tipos de productos de corrosión formados. La adherencia de un barniz y el grado de curado, están directamente relacionadas con el tratamiento térmico aplicado a los procesos de curado del revestimiento. La falta de uniformidad en el espesor aplicado permite el rápido deterioro de las zonas más finas. La uniformidad no solo depende de las propiedades del recubrimiento, sino también de la forma del envase y del método de aplicación (4).

Los métodos de ensayo para evaluar los materiales metálicos son (6):

Tipos de barnices

• Continuidad del recubrimiento. Porosidad.

De forma general, para los envases de dos piezas embutidas, y en función de la agresividad del producto se puede emplear un doble barnizado que cubra las imperfecciones del primero. Los barnices empleados pueden ser del tipo epoxifenólicos u organosoles. Para los envases de hojalata, los barnices de uso universales son los eposifenólicos acompañados de los organosoles cuando se envasan productos cárnicos o de pescado.

• Resistencia a la oxidación atmosférica.

Función de los barnices La efectividad del recubrimiento está relacionada directamente con una barrera impermeable a los gases, líquidos e iones, previendo la acción corrosiva de la superficie protegida. El transporte de iones a través del barniz, está gobernado por las características electroquímicas de la película, en contraste con el

• Espesor. • Masa de recubrimiento de estaño: libre y aleado (para la hojalata). • Película de óxidos: Evaluación de la película de pasivación. • Película de aceite. • Propiedades mecánicas. Dureza.

• Resistencia a la sulfuración. • Resistencia a la corrosión. Ensayos para los materiales barnizados • Peso de la película seca de barniz. • Adherencia de barnices y tintas. • Grado de cura. • Porosidad de los barnices. • Identificación. • Flexibilidad.

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• Disolventes residuales.

• Ensayo ISV (iron solution value) (hojalata).

• Migración específica de compuestos fenólicos.

• Ensayo ATC (Alloy tin Couple test) (hojalata).

Ensayos para evaluar la calidad de los envases

• Ensayos electroquímicos.

• Características dimensionales.

• Curvas de polarización.

• Examen del recabado (rebatido, engargolado).

• Resistencia a la polarización.

• Evaluación de la hermeticidad.

• Impedancia electroquímica.

• Determinación de vacío.

Curvas de polarización

• Resistencia a la carga vertical.

El método de las curvas de polarización consiste en la obtención experimental de una relación de valores de corriente y potencial, tanto en el rango catódico como en el anódico. Los productos de las curvas anódicas y catódicas son llamados pendientes de Tafel y tienen unidades de mV o V por década (10 cambios) de corriente.

• Resistencia al impacto por caída libre. • Evaluación visual interna y externa. • Determinación de la composición gaseosa del espacio libre. • Peso del cemento sellador en tapas y fondos. Ensayos para evaluar la resistencia a la corrosión • Ensayo del tamaño de grano de estaño (hojalata). • Ensayo Pickle-Lag (hojalata).

La corriente en el potencial de corrosión Ecorr, es directamente proporcional a la velocidad de corrosión. Esta corriente puede convertirse en una velocidad de corrosión si se conoce el área de la superficie sobre la cual se desarrolla (7). Las Figs. 1 y 2 muestran curvas obtenidas durante la evaluación de envases de hojalata y envases de aluminio.

Curvas de corriente potencial. Puré 12 %. Envases de hojalata

Fig. 1. Curvas de polarización para el envase de hojalata barnizada, que contiene puré al 12 %.

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Fig. 2. Curvas corriente potencial refresco lima limón. Envases de aluminio.

Impedancia electroquímica La corrosión es un fenómeno de superficie, que tiene lugar en la interfase metal/electrolito, como consecuencia de la formación y movimiento de partículas con carga eléctrica y en cantidad proporcional al flujo de corriente o de cargas originadas durante el proceso. De lo anterior se deduce, que la corrosión se puede medir y controlar a través de parámetros eléctricos.

Los sistemas electroquímicos se pueden simular, por una combinación de resistencias, condensadores y bobinas que, ante una señal eléctrica, reproducen su respuesta con una aproximación aceptable (7). La Fig. 3, muestra un circuito típico de una reacción electroquímica en la interacción producto envase según la literatura y en la Fig. 4, se ilustra una reacción en la interfase metal electrolito como resultado de la interacción del puré de tomate al 12 % en envases de hojalata de ½ kg laqueado, apoyado en el diagrama de Nyquist, que representa en forma gráfica el comportamiento del sistema.

Fig. 3. Circuito de Randles.

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Diagrama de Nyquist. Puré 12 %. Envase de hojalata de 1/2 kg. 70000 60000

Z´´ (Ohms. cm²)

50000 40000 30000 20000 10000 0 0

20000

40000

60000

80000 100000 120000 140000 160000 180000 Z´ (Ohms.cm²)

Fig. 4. Diagrama de Nyquist.

REFERENCIAS 1. Instituto Argentino del Envase. Técnicas en envases. (CD Rom). Argentina, 1998 2. Anónimo. Aluminio, en La enciclopedia libre. Consultado en el año 2004 en http:// es. Wikipedia. Org. 3. Soler, R. M. y Faria, E. V. Tendência sobre revestimentos orgânicos destinados s proteçao de embalagens metálicas. Boletim de SBCTA, Campinas, 17 (4): 357-363, 1983. 4. Bolaños, A. y Bolumen, S. Evaluación de envases de aluminio de dos piezas (tesis de Diploma, ISPJAE, La Habana), 2002. 5. Bolumen, S. y Pacheco, D. Envases de aluminio para purés de frutas, en Seminario ONUDI. Cuba, 2004. 6. NBR 6665. Folhas laminadas de aço de baixo carbono revestidas e não revestidas Especificação. Associaçao brasileira de normas técnicas. São Paulo, ABNT, 1995. 7. Catalá, R.; Cabañes, J. M. y Bastidas, J. M. Corrosion Sci. 40 (9): 1455-1467, 1998.

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