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• Javier Farfán Zapata

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“Año del buen servicio al cuidadano” ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL PRACTICA N°04 CURSO: ENVASE EMBALAJE Y ALMACENAMIENTO DE PRODUCTOS AGROINDUSTRIALES DOCENTE: DRA. ELSA AGUIRRE VARGAZ TEMA: RESISTENCIA DE LOS ENVASES METALICOS FRENTE A LOS ACIDOS INTEGRANTES: • FARFÁN ZAPATA JAVIER • VÁSQUEZ BACILIO EVELYN FABIOLA

2017

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INTRODUCCIÓN:

Corrosión evoca en muchas personas la imagen tan conocida de la “herrumbre", propia de los metales ferrosos, como si sólo el hierro fuera susceptible de presentar este fenómeno. La corrosión es un proceso que causa grandes pérdidas en la industria en general. Cuando se detectan o se tiene conciencia del daño que ha causado, ya es tarde y atender el problema implica altos costos no previstos, paros de plantas y tiempos improductivos de mantenimiento. Por su relación Costo /Calidad, durabilidad y por la protección global que proporcionan a sus contenidos. Durante los últimos veinte años, se han producido cambios notables en las tecnologías de fabricación de los envases, cierres y en los materiales utilizados para los mismos. La corrosión en el envase de hojalata para alimentos, como el tomate es un problema grave, causa pérdidas de producto si se deben desechar unidades y causa contaminación del alimento cuando ocurre dentro del envase. El tipo de corrosión que tiene lugar en estos casos a temperatura ambiente y en presencia de un electrolito como el nombrado, es una corrosión electroquímica. Cuando existe corrosión en la hojalata, aparecen manchas de óxido que influyen negativamente y hacen no comerciable el producto. Las zonas de distinto potencial que causan la corrosión, se crean por diversas heterogeneidades (distintas concentraciones del electrolito, distinta composición del metal, aireación diferencial, pares galvánicos y por compuesto químicos), originando la oxidación del metal.

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OBJETIVOS

Evaluar la película que resiste el envase metálico, frente a los ácidos, sulfúrico y cítrico.

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MARCO TEÓRICO

Una altísima parte de los envases metálicos que se consumen hoy día, sea cual sea su uso - alimentación, bebidas, industria, aerosoles, etc. van provistos de un revestimiento de protección interna e incluso también externa. Este último puede decorarse con lo que se consigue una buena imagen además de protección. Dicha protección se consigue por medio de barnices. El uso de barnices en los envases metálicos ya cuenta con una larga historia. Desde principios del siglo XX los fabricantes de recubrimientos comenzaron a apoyar al desarrollo del mercado del envase, llegando muy pronto a la fabricación de barnices interiores a base de resinas oleorresinas; más tarde llegaron las fenólicas, hasta Queen el año 1935 se comienzan a enlatar cervezas, lo que supuso la aparición de los revestimientos vinílicos. Después aparecen el epoxi fenólicas, los organízales, acrílicas. Y la evolución de los recubrimientos continúa resolviendo los desafíos que la industria del envase presenta en su afán de enlatar mayor diversidad de productos (alimentos ácidos, sulfurosos, bebidas carbónicas, etc.), y buscar nuevos diseños y materiales para los envases. Los desarrollos que se van consiguiendo en este sector, son polarizados por la tecnología y la investigación de empresas de Estados Unidos, Alemania y Gran Bretaña, que con el paso del tiempo van

otorgando licencias en muy distintos países. Dentro de la industria metalográfica, la utilización de barnices y lacas siempre ha originado un subsector especial de conocimientos muy especializados, dando lugar a una industria auxiliar dedicada a su aplicación junto con la litografía en la que se apoyan muchos fabricantes de envases sobre todo los de pequeño tamaño. La causa de ello no es solo el conocimiento necesario para su definición y uso sino también las fuertes inversiones que se requieren para su aplicación, difíciles de amortizar en las sociedades con un volumen medio o bajo de facturación. La utilización de barnices, como ya se ha dicho, se inició pronto en la industria metal grafica como respuesta al ataque interno -por la acción del producto y externo agentes ambientales de los envases. Para envasar productos muy agresivos como escabeches, encurtidos y sobre todo bebidas en seguida se apreció que por muy alta protección por estaño que tuviese la lámina de acero de la hojalata, era simplemente una cuestión de tiempo la aparición de ataques y/o perforaciones, pero ya mucho antes el producto había perdido sus cualidades adecuadas para su consumo. El estaño es un metal caro y los esfuerzos de las siderurgias fabricantes de hojalata se centró en la reducción de su consumo, primero con el uso de hojalata electrolítica que desterró por completo a la “coke” y después con el desarrollo de las hojalatas diferenciales distinto recubrimiento en cada cara, de bajo recubrimiento LTS e incluso en la sustitución del estaño por el cromo TFS de menor coste. En todos estos casos, los barnices (ó recubrimientos orgánicos) proporcionan la adecuada protección al producto y al metal base de envase.

CLASIFICACIÓN GENERAL

Los revestimientos se emplean tanto recubriendo el interior del envase en contacto con el producto como en su exterior en presencia de los agentes externos. Hay barnices de uso común para ambas utilizaciones, pero en general suelen diferenciarse al menos en las condiciones de aplicación ya que las demandas a cubrir son diferentes, siendo más exigentes las requeridas para la protección interior.

Comúnmente los revestimientos se clasifican en: •

Revestimientos interiores de protección, están contacto con el producto envasado y son designados como” barnices sanitarios”.

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Revestimientos exteriores pigmentados, que sirven de base a la impresión decorativa del envase, denominados “blancos couches” por ser de este color. También se les llaman “esmaltes blancos” o “lacas blancas”.

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Revestimientos exteriores transparentes, que también sirven de base a la impresión, denominados “barnices de enganche”.

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Revestimientos exteriores transparentes, que protegen la impresión, ya que las tintas soportan mal las manipulaciones posteriores, conocidos como “barnices de acabado”.

El uso de los recubrimientos interiores está ampliamente extendido en el mundo del envase metálico, dadas diversas exigencias: -Sanitarias. - Es necesario evitar el contacto directo del alimento con el material de envase. -Económicas. - La utilización de barnices ejerce un efecto protector frente al ataque de los alimentos, por lo que se puede reducir el espesor de estaño en la hojalata, con el ahorro económico que esto supone. -Comerciales. - Mejor apariencia de cara al consumidor.

Dependiendo de la relación existente entre el estaño y el alimento, éstos pueden clasificarse según su necesidad de recubrimiento interior: a) Alimentos inocuos a la hojalata. - Son alimentos inocuos, cuyo comportamiento es indiferente al contacto con estaño. Poseen bajo contenido en ácidos y proteínas. b) Alimentos a los que les conviene estar en contacto con el estaño. - Este es el caso de los espárragos, donde el contacto con el estaño evita la oxidación del alimento, oxidándose primero el material. Sin embargo, los niveles de este metal deben estar

siempre dentro de los márgenes permitidos. c) Aquellos en los que es necesario evitar el contacto con el estaño.- Estos alimentos necesitan de la presencia de un barniz, ya que alguno de los componentes del alimento resulta agresivo frente al estaño, como es el caso de los agentes azufrados de carnes y pescados. El principal recubrimiento que se emplea en la industria alimentaria es el de tipo epoxi fenólico y en menor medida el acrílico. A estos compuestos se les puede dar una capa de color para mejorar la apariencia externa, pudiendo adquirir colores dorados, plateados o blancos (denominado también cerámico y formado a partir de óxido de titanio). Es importante dejar claro que el coloreado de estas sustancias es simplemente un elemento decorativo. Los recubrimientos interiores protectores, denominados también lacas, son diseñados para resistir la fabricación del envase y su uso posterior y para minimizar la interacción posible entre el alimento y el envase, durante toda la vida útil del producto envasado (hasta tres años). Las propiedades que se les exigen a estos barnices son inercia química, flexibilidad, resistencia y buen proceso a altas temperaturas (esterilización). Además, en el caso de contacto directo con alimentos, la formulación y composición del recubrimiento debe ser aprobada por organismos legales y/o internacionales, de tal manera que se demuestre su inocuidad frente a la salud humana y la no alteración de las características organolépticas del producto envasado (lista positiva de sustancias). Aunque en el caso de aplicaciones no alimenticias de los envases metálicos, éstos no tienen requisitos tan estrictos, los tipos de lacas empleadas en ambos casos son similares. Los recubrimientos exteriores pueden ser protectores, decorativos o cumplir ambas funciones al mismo tiempo. Un modelo de recubrimiento exterior comprendería las siguientes capas consecutivas: -Delgada capa transparente sobre el metal base. - Capa gruesa y sólida coloreada (a menudo blanco), para su posterior impresión (hasta 6 colores). - Barniz transparente para fortalecer el brillo. Tradicionalmente los recubrimientos exteriores suponían mezclas de resinas disueltas o dispersas en disolventes orgánicos (compuestos orgánicos volátiles (VOC)). Tras la deposición de una fina capa del recubrimiento sobre el metal, éste era sometido a un proceso de secado a temperaturas de hasta 210° centígrados (proceso con¬vencional) o hasta 300° centígrados (procesos a alta velocidad). El propósito de este secado era doble: eliminar los VOCs presentes y realizar el curado del recubrimiento mediante reac¬ciones químicas entre distintos grupos funcionales.

Actualmente, se regula la emisión de VOCs. La alternativa es entonces el empleo de mezclas líquidas donde el agua sustituye parte o todo el disolvente orgánico, o bien el empleo de mezclas sin disolvente (denominados 100 % sólidos). Uno de los desarrollos más importantes en este sentido, empleado tanto como función decorativa como protectora, es el uso de laminados de film poliméricos sobre los sustratos metálicos. Otro de ellos es el uso de recubrimientos en polvo. Éste supone la deposición electrostática de partículas sólidas muy pequeñas sobre el sustrato, seguido de un curado que funde las partículas dando lugar a un film continuo. Recubrimientos exteriores Se refieren a sustancias, distintas de las tintas, que se aplica a la superficie exterior de un envase con función protectora y/o estética. El uso más extendido es un recubrimiento blanco denso empleado como base para la impresión. Al igual que en el caso de los recubrimientos interiores, éstos pueden contener distintos aditivos que mejoren sus propiedades. En este caso, la lubricidad es uno de los principales aspectos a considerar para conseguir un procesado eficaz y sin daños en las líneas de alta velocidad de formación de envases o en las líneas de llenado. Típicamente se utilizan recubrimientos con un peso de película seca de 10-18 g/m2, basados en los siguientes componentes: - Tipo acrílico. - Los recubrimientos tipo acrílico generan films blancos resistentes al desgaste o abrasión, con buenas propiedades de pigmentación. Existe un amplio rango de monómeros acrílicos quedan lugar a diversos polímeros, ajustados a cada necesidad. Forman sistemas termoestables normalmente entrecruzados con resinas tipo amina, para conservar su incoloración. - Tipo poliéster. - Al igual que en el caso anterior, la gran variedad de monómeros de partida (polioles orgánicos y poliácidos) permiten gran flexibilidad en la formulación. Los poliésteres funcionales se entrecruzan con resinas tipo amina con el mismo propósito que en el caso de los acrílicos. - Tipo alquídico.- Se basan en aceites insaturados naturales (soja, semilla de lino) y/o ácidos grasos equivalentes que reaccionan con glicerol dando lugar a triglicéridos. El oxígeno atmosférico es el responsable del entrecruzamiento, pero el secado puede acelerarse mediante la adición de agentes de este tipo externos, por ejemplo, resinas tipo amina. A temperaturas elevadas, los recubrimientos de tipo alquídico tienen tendencia a amarillear, por lo que su empleo se reduce a aplicaciones de escaso grado decorativo.

- Tipo epoxi fenólico. - Igual que en el caso de recubrimientos interiores.

Barnices El principal requisito de un barniz es su completa transparencia, de forma que la impresión y recubrimientos por debajo de él puedan poner de manifiesto por completo su efecto visual y estético. La mayoría de los barnices son compuestos análogos a los descritos en los recubrimientos exteriores (tipo acrílico, poliéster o alquídico), siempre sin pigmentación. Se emplea además el epoxiéster, que combina una resina tipo epoxi con un ácido graso y un agente de entrecruzamiento. Los barnices suelen necesitar un aditivo para mejorar su lubricidad y la mayoría se diseñan con el objetivo de proporcionar brillo al envase. Recubrimientos poliméricos sobre metales Los recubrimientos poliméricos sobre sustratos metálicos se realizan generalmente sobre chapa cromada o aluminio y su método de preparación implica un único paso: se lleva a cabo el recubrimiento de ambas caras del metal o bien por calentamiento de un film preformado o bien por extrusión directa de un film sobre el metal. Suele emplearse polietileno tereftalato (PET) o polipropileno (PP), y puede ser pigmentada o no. Los responsables del desarrollo de esta tecnología sostienen que un análisis del ciclo de vida (ACV) comparativo frente al recubrimiento en base líquida, demostraría un gran ahorro energético, así como un enorme beneficio medioambiental. Sin embargo, su uso se encuentra todavía limitado a determinadas aplicaciones.

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MATERIALES Y MÉTODOS

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Materiales

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Envases metálicos:

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4 latas de leche gloria.

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4 latas de leche en polvo.

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4 latas de atún.

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Ácidos:

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Ac. Sulfúrico al 5%, 10% y 15%.

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Ac. Cítrico al 5%, 10% y 15%.

Pipeta

Vaso de precipitado de 50ml o 30ml

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Metodología:

Identificar o clasificar cada uno de los envases.

Codificar.

Depositar en cada uno de los envases 30ml de cada uno de los ácidos.

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Dejar por 7 dias. (evaluando el desprendimiento de la RESINA, cada dia).

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RESULTADOS

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DICUSIONES

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CONCLUSIONES

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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www.packaging.enfasis.com/articulos/20063-recubrimientosenvases-metalicos

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vegabner/corrosión-de-envases-metálicos-frente-a-los-ácidos.

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Corrosion-de-Envases-Metalicos-Frente-a-Los-Acidos-6

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CUESTIONARIO

Investigar acerca delos tipos de envases metálicos y sus usos.

1º.- UTILIZACIÓN DE ACEROS RECUBIERTOS

Se entiende por acero recubierto, a acero laminado de bajo espesor, que ha sido protegido por ambas caras por otro metal que lo salvaguarda de los ataques externos. En el sector del embalaje se emplean dos tipos principales: hojalata y TFS, y en pequeñas cantidades la chapa galvanizada. •

HOJALATA: Acero recubierto de estaño

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TFS: Acero recubierto de cromo

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CHAPA GALVANIZADA: Acero recubierto de zinc.

UTILIZACIONES: PRINCIPALMENTE PARA: ENVASES como: •

Botes de conservas, bebidas, pinturas…

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Aerosoles

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Bidones, barriles.

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Capsulas, tapones.

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Bandejas para alimentos

ADEMÁS, PARA: •

Platos y bandejas

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Juguetes

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Anuncios y placas publicitarias

2º.- FUNCIONES FUNDAMENTALES DE UN ENVASE •

Asegurar una barrera eficaz entre producto y medio exterior y durable entre el contenido y sus agresiones.

BARRERA contra: •

Oxigeno del aire exterior (caso extremo: envase al vacío)

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Humedad del aire

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Microorganismos

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Luz u.v.

AGRESIONES FÍSICAS •

CHOQUES (durante la manipulación, caídas)

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APILADO (almacenamiento)

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PRESIÓN (durante la esterilización)

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TEMPERATURA (durante la esterilización)

AGRESIONES QUÍMICAS •

Interacción química entre envase y el exterior

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Interacción química entre el contenido y el envase

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Permitir la reunión y separación fácil del continente y contenido

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Llenado

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Cierre

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Vaciado (separación)

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Servir de medio de manipulado y almacenamiento del producto contenido.

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Constituir un soporte para la presentación visual del producto contenido

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Desaparecer después del uso

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Reciclado de materias primas

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Destrucción voluntaria o natural

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Reutilización

Permitir una producción fácil, homogénea y económica del envase en sí mismo

3º.- PRINCIPALES MATERIALES DEL ENVASE Los envases emplean principalmente los siguientes materiales para su construcción: •

ACERO RECUBIERTO

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ALUMINIO

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VIDRIO

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PLÁSTICO

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CARTÓN

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PAPEL

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MADERA

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TELA

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MATERIALES COMPUESTOS (cartón-aluminio, papel-aluminio, papelplástico…)

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OTROS MATERIALES AUXILIARES. (tintas, barnices, gomas, colas…)

4º.- ENVASES DE ACEROS RECUBIERTOS: CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN A.- POR EL CONTENIDO a.- CONSERVAS: Alimentos esterilizados b – BEBIDAS: Cerveza, Colas, Refrescos, Bebidas energizantes… c – OTROS PRODUCTOS ALIMENTICIOS: Aceite, Leche, Jarabes, Bizcochos, Productos en polvo. d – NO ALIMENTICIOS: Limpieza, Fitosanitarios, Cosméticos, Farmacéuticos. e – INDUSTRIALES: Lubricantes, Pinturas, Barnices, Tintas, Grasas.

B.- POR EL NUMERO DE PIEZAS QUE LOS COMPONEN

C.- POR LA FORMA DE REALIZAR EL CUERPO D.- POR SU ALTURA A – BAJAS B – MEDIAS C – ALTAS Se emplean para una capacidad dada en función de su altura.

E.- DIMENSIONES (en mm) LATAS REDONDAS: diámetro nominal de tapa X altura del cuerpo Ejemplo: 99 x 118 (lata de 1/1) LATAS DE FORMA: longitud X anchura de la tapa X altura del

cuerpo.

Ejemplo 116 x 95 x 90.5 (lata 1/1 Jockey Club)

5º.- PRINCIPIO DE FABRICACIÓN DE LOS ENVASES

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ESQUEMA DEL PROCESO DE IMPRESIÓN Y BARNIZADO

B.- ESQUEMA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LOS FONDOS

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Investigar acerca de los tipos de resinas de recubrimiento de los envases metálicos.

Recubrimientos para envases metálicos

(Tamara Castrillón Rodríguez, Dpto. de Tecnologías del Envase de ainia)

Los barnices y recubrimientos juegan un papel importante en la protección del envase metálico frente al producto y viceversa, y en la mejora de la apariencia del envase respecto al consumidor. De esta forma, pueden clasificarse en recubrimientos interiores y exteriores.

El uso de los recubrimientos interiores está ampliamente extendido en el mundo del envase metálico, dadas diversas exigencias: •

Sanitarias: Es necesario evitar el contacto directo del alimento con el material de envase.

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Económicas: La utilización de barnices ejerce un efecto protector frente al ataque de los alimentos, por lo que se puede reducir el espesor de estaño en la hojalata, con el ahorro económico que esto supone.

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Comerciales: Mejor apariencia de cara al consumidor.

Dependiendo de la relación existente entre el estaño y el alimento, éstos pueden clasificarse según su necesidad de recubrimiento interior: •

Alimentos inocuos a la hojalata: Son alimentos inocuos, cuyo comportamiento es indiferente al contacto con estaño. Poseen bajo contenido en ácidos y proteínas (guisantes y judías verdes).

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Alimentos a los que les conviene estar en contacto con el estaño: Este es el caso de los espárragos, donde el contacto con el estaño evita la oxidación del alimento, oxidándose en primer lugar el estaño. Sin embargo, los niveles de Sn deben estar siempre dentro de los márgenes permitidos.

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Aquellos en los que es necesario evitar el contacto con el estaño: Estos alimentos necesitan de la presencia de un barniz, ya que alguno de los componentes del alimento resulta agresivo frente al estaño, como es el caso de los agentes azufrados de carnes y pescados.

El principal recubrimiento que se emplea en la industria alimentaria es el de tipo epoxifenólico y en menor medida el acrílico. A estos compuestos se les puede dar una capa de color para mejorar la apariencia externa, pudiendo adquirir colores dorados, plateados o blancos (denominado también cerámico y formado a partir de óxido de titanio). Es importante dejar claro que el coloreado de estas sustancias es simplemente un elemento decorativo.

Los recubrimientos interiores protectores, denominados también lacas, son diseñados para resistir la fabricación del envase y su uso posterior y para minimizar la interacción posible entre el alimento y el envase, durante toda la vida útil del producto envasado (hasta tres años). Las propiedades que se les exigen a estos barnices son inercia química, flexibilidad, resistencia y buena procesabilidad a altas temperaturas (esterilización).

Además, en el caso de contacto directo con alimentos, la formulación y composición del recubrimiento debe ser aprobada por organismos legales y/o internacionales, de tal manera que se demuestre su inocuidad frente a la salud humana y la no alteración de las características organolépticas del producto envasado (lista positiva de sustancias). Aunque en el caso de aplicaciones no alimenticias de los envases metálicos, éstos no tienen requisitos tan estrictos, los tipos de lacas empleadas en ambos casos son similares. Los recubrimientos exteriores pueden ser protectores, decorativos o cumplir ambas funciones al mismo tiempo. Un modelo de recubrimiento exterior comprendería las siguientes capas consecutivas: • • •

Delgada capa transparente sobre el metal base. Capa gruesa y sólida coloreada (a menudo blanco), para su posterior impresión (hasta 6 colores). Barniz transparente para fortalecer el brillo.

Tradicionalmente los recubrimientos exteriores suponían mezclas de resinas disueltas o dispersas en disolventes orgánicos (compuestos orgánicos volátiles

(VOC). Tras la deposición de una fina capa del recubrimiento sobre el metal, éste era sometido a un proceso de secado a temperaturas de hasta 210 ºC (proceso convencional) o hasta 300 ºC (procesos a alta velocidad). El propósito de este secado era doble: eliminar los VOCs presentes y realizar el curado del recubrimiento mediante reacciones químicas entre distintos grupos funcionales.

Actualmente, la legislación vigente regula la emisión de VOCs. La alternativa es entonces el empleo de mezclas líquidas donde el agua sustituye parte o todo el disolvente orgánico, o bien el empleo de mezclas sin disolvente (denominados 100 % sólidos).

Uno de los desarrollos más importantes en este sentido, empleado tanto como función decorativa como protectora, es el uso de laminados de film poliméricos sobre los sustratos metálicos. Otro de ellos es el uso de recubrimientos en polvo. Éste supone la deposición electrostática de partículas sólidas muy pequeñas sobre el sustrato, seguido de un curado que funde las partículas dando lugar a un film continuo.

Recubrimientos interiores (lacas)

Como se ha comentado anteriormente, la principal función de los recubrimientos interiores es la de proteger al alimento de posibles interacciones con el material de envase que pudieran originar deterioro en su calidad. Al igual que los films poliméricos, los recubrimientos contienen a menudo distintos aditivos en pequeña cantidad, cuya presencia mejora determinadas propiedades deseadas: capacidad de adherencia, viscosidad, adhesión y lubricidad.

Algunos de los materiales empleados habitualmente como recubrimientos interiores se describen a continuación:

Tipo epoxi

Uno de los sistemas de recubrimiento más eficaces, tanto para aplicaciones alimenticias como no-alimenticias son los recubrimientos epoxi fenólicos. Combinan

propiedades de interés, tales como: resistencia química, excelente adhesión al sustrato, buena flexibilidad (para la formación de envases) y elevada resistencia a la esterilización a alta temperatura.

No se emplean independientemente, ya que no son aptos para altos grados de deformación de los metales. Por esta razón, resinas epoxi de alto peso molecular se mezclan con resinas fenólicas en proporciones 3/1 y 6/1 (relación epoxi/fenólico). Los grupos fenólicos actúan como agentes de entrecruzamiento a elevadas temperaturas de curado, dando lugar a un film denso y resistente. Los films epoxi fenólicos resultantes (con espesores habituales de película seca de 4-8 g/m2) presentan generalmente un color desde pálido hasta dorado intenso, debido a la influencia de los grupos fenólicos.

De forma alternativa, pueden emplearse agentes de entrecruzamiento incoloros, como las resinas tipo amina. El resultado son films menos resistentes, pero transparentes, adecuados para aplicaciones menos críticas o con función estrictamente decorativa. Los recubrimientos tipo epoxi suponen un 80-90% de todas las aplicaciones internas en envases metálicos de la industria alimentaria y no alimentaria (aerosoles, bidones, etc.). Todas las latas de debida presentes actualmente en el mercado se protegen internamente mediante un recubrimiento tipo epoxi en base acuosa, aplicado mediante spray. Los recubrimientos tipo epoxi anhídrido son una variación de los visto hasta ahora, contienen una pigmentación a base de dióxido de titanio, lo que le proporciona un color blanco al recubrimiento, empleado en la industria para darle un aspecto más “sano y limpio” al interior de los envases metálicos.