Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
14/04/2013 1 Universidade Federal de Viçosa – Campus Rio Paranaíba Profa. Marali Vilela Dias CAL490: Embalagem de Alimentos Embalagens de vidro Vidro • Um dos matérias mais antigos conhecidos pelo homem (a mais se 4000 anos); • Campo da ótica, construção civil, indústria automobilística ou como material de reforço combinado com resinas plásticas ou cimento. • na forma de potes, garrafas, copos, frascos, empregados no acondicionamento de produtos líquidos (inclusive bebidas carbonatadas), alimentos desidratados, alimentos submetidos à pasteurização, esterilização ou com enchimento a quente Vidro como material de embalagem Considerado totalmente inerte e impermeável, É um material reciclável Vantagens quanto aos requisitos de segurança à saúde Imagem de produto com qualidade. Histórico do vidro • A origem do vidro relacionada com os primórdios da evolução • Não é possivel afirmar qual o exato período e povo que descobriu o vidro • Egípcios, sírios, fenícios, assírios, babilônios, gregos e romanos já realizavam trabalho com o vidro • Primeiro processo: “cana vidreira” ou “tubo oco” • Século XX foi iniciada a fabricação mecânica • Posteriormente, os equipamentos foram aperfeiçoados e automatizados, gerando as unidades de produção contínua Conceito Produto amorfo resultante da fusão e do resfriamento de materiais inorgânicos, de forma a obter um material rígido sem cristalização. Embora o vidro possua muitas propriedades de sólido, ele é um líquido de elevada viscosidade. Vidro Cristal Vidro Cristal: moléculas organizadas Líquido: moléculas desorganizadas com ligação fracas Vidro: Moléculas desorganizadas com ligações fortes 14/04/2013 2 Vidro • Material rígido, homogêneo, estável, inerte, amorfo e isotrópico (possui propriedades idênticas em todas as direções). • Sua principal característica é ser moldável a uma determinada temperatura, sem qualquer tipo de degradação. Composição do Vidro • Sílica: substância vitrificante Pf = 1700 a 1800 ºC • Óxido de sódio (Na2O): fundente • Óxido de potássio (K2O): fundente Baixo Pf, alta solubilidade e baixa resistência química • Óxido de cálcio (CaO): estabilizante • Óxido de Magnésio (MgO): estabilizante • Óxido de alumínio (Al2O3): estabilizante Aumento da resistência química e mecânica do vidro vidro sodo-cálcico ou sílico-sodo-cálcico. Figura. Representação esquemática bidimensional da estrutura do vidro sodo-cálcico Figura. Representação esquemática bidimensional do vidro de sílica pura Composição do vidro Tf e viscosidade (menor impedimento das moléculas) Vidro sodo-cálcico Óxido Percentage m em peso (%) Função SiO2 71 a 74 Formador de rede: promove o aumento da viscosidade e da resistência ao ataque pela água Na2O 10 a 14 Modificador: aumenta a solubilidade, reduz a resistência térmica e mecânica, reduz a viscosidade CaO 7 a 11 Modificador: reduz viscosidade, resistência mecânica e térmica, melhora resistência ao ataque pela água MgO 0 a 2 Modificador: reduz viscosidade e resistência ao choque térmico, melhora resistência ao ataque pela água Al2O3 1 a 3 Intermediário: aumenta a viscosidade e durabilidade K2O 0 a 2 Modificador: substitui parte dos íons de Ca e Na Constitui a principal classe de vidros utilizados para a fabricação de embalagens Matérias-primas • Areia: fornece óxido de silício • Calcário: constituído de carbonato de cálcio e fornece CaO • Dolomita: pode ser usado no lugar do calcário • Feldspato: fornece vários componentes do vidro: Al2O3, Na2O • Barrilha: fornece Na2O • Afinantes: promovem maior homogeneidade da massa de vidro fundida. Ex: sulfato de sódio (Na2SO4) matéria-prima pulverulenta: perda de peso de 13 a 15% • Corantes ou descorantes: óxidos metálicos ou combinações desses óxidos (óxido de ferro, cobalto, manganês, cromo) Matérias-primas •Vidro incolor (flint): Matéria-prima sem impureza e óxido metálico Agentes descolorantes: selênio (Se) + óxido de cobalto (Co2O3) Percepção do tom acinzentado do vidro transparente •Vidro verde: Verde: óxido de cromo (Cr2O3) 14/04/2013 3 •Vidro âmbar: Combinação dos elementos ferro (Fe) e enxofre (S) com adição de compostos que contém carbono (carvão vegetal). Proteção contra luz UV •Vidro azul Adição de óxido de cobalto Matérias-primas Matérias-primas Matérias-primas • Vidro reciclado: Vantagens: diminui o lixo, diminui gasto de minerais naturais e o gasto de combustíveis na geração de energia. Melhora o processo de fusão Desvantagens: presença de contaminantes (metais), separação por cor: Analises químicas!! - Material da própria vidraria - Proveniente de outra fonte geradora - Material estranho de fonte desconhecida Tipos de Vidro Vidro borossilicato: • O átomo de boro substitui parte dos átomos de silício na estrutura do material: formador de rede • B2O3 substitui parte do fluxo alcalino (Na2O): menor quantidade de óxidos modificadores de rede • Alta resistência ao choque térmico e resistência ao ataque químico Aplicação: Vidraria para laboratório, artigos de uso doméstico Tipos de vidro Vidro ao chumbo: • O óxido de chumbo atua normalmente como modificador de rede (fundente) ou formador de rede. • Possuem uma larga faixa de trabalho • Aplicação: artigos finos de mesa tais como copos, taças e peças de arte • É chamado de vidro cristal. • Legislação: contatos breves e repetidos com produtos alimentícios. Tipos de vidro Vidro temperado: Fratura de materiais frágeis “Eliminação” dos defeitos superficiais: Aumento da resistência mecânica de materiais frágeis Tratamentos: 1. Têmpera térmica Aquecimento a uma temperatura logo acima da faixa de Tg e posteriormente submetido a um resfriamento brusco e uniforme em ambas as superfícies com jatos de ar ou óleo. Não aplicado em embalagens 2. Têmpera química Consiste na troca de íons da superfície por íons de maior dimensão que geram tensões compressivas e reduzem a tendência à propagação da trinca. 14/04/2013 4 Exemplo de têmpera química: SO2 reage com os álcalis da superfície do vidro formando Na2SO4. SO2 permite a formação de uma camada superficial com baixo coeficiente de expansão térmica, favorecendo ainda a formação de uma camada com tensão de compressão de espessura similar a camada superficial modificada. Tipos de vidro Classificação do Vidro Portaria no 27 – 18/03/1996 Características do vidro • Inerte; • Alta barreira; • Transparência; • Imagem de qualidade; • Fechamento: impenetrável; • Termicamente estável (pasteurização, esterilização, microondas); • Proteção contra luz UV; • Resistência; • Higiene; • Ambientalmente correto (RR) Características do vidro Desvantagens • Quebradiço (frágil); • Peso (transporte); • Fechamento 14/04/2013 5 Propriedades do vidro 1. Viscosidade - Resistência que um fluido oferece ao seu próprio movimento Viscosidade Escoamento Figura. Representação da viscosidade do vidro de embalagem em função da temperatura Propriedades do vidro 2. Densidade - Densidade do vidro sodo-cálcico: 2,46 a 2,50 g.m-3 3. Dureza - Resistência ao risco - Dureza: 4,5 a 6 na escala de Mohs - Aplicação de tratamentos superficiais Propriedades do vidro 4. Propriedades químicas - Elevada durabilidade química e inerte à maioria das substâncias: ácido fluorídrico (HF) - Do ponto de vista químico: água pura + condições adversas: Ataque hidrolítico - Troca iônica: íons do vidro (sódio, potássio, cálcio e magnésio) e os íons hidrogênio - Vidro sodo-cálcico: Si-O (ligações covalentes). Já as ligações entre Na2O e K2O: iônica ou eletrovalente - 1º estágio: H+ da água difundem no vidro e o Na+ do vidropara a água: NaOH - 2º estágio: quebra das ligações Si-O-Si. Solubilizando o vidro Propriedades do vidro Figura. Efeito do pH da solução na taxa de extração da sílica (proveniente de uma sílica vítrea em forma de pó a 80 ºC) Embalagens para produtos farmacêuticos Embalagens para alimentos: migração dos íons alcalinos não oferece riscos: Portaria nº27/96: sem restrição para contato com alimentos 6. Propriedades mecânicas - Definição resistência à fratura: - Forma de fratura: Material frágil ou dúctil Resitência mecânica é influenciada por: 1. condição física e/ou mecânica da superfície: Concentradores de tensão; Concentradores de tensão surgem: - Processo de abrasão - Processo de obtenção (massa heterogênea, resfriamento) Resistência mecânica com o da profundidade da descontinuidade/ trinca Propriedades do vidro Propriedades do vidro 2. condição química da superfície; 3. natureza e o tempo de duração da carga aplicada: Fadiga do vidro: dependência da tensão de ruptura em relação à forma como a carga é aplicada e tempo; - A resistência mecânica do vidro diminui sob carga com o tempo: Fadiga e esta relacioando com a interação com a atmosfera - A reação entre vidro e água faz com que a extremidade da trinca se torne mais aguda 4. condições ambientais Temperatura, composição química do meio 14/04/2013 6 6.1 Resistência à pressão interna Importante para certos produtos: água gaseificada, cervejas, refrigerantes) Resitência à pressão interna é influenciada por: - Formato, peso, distribuição de espessura; - Qualidade do processo de fusão - Processo de moldagem da embalagem - Processo de recozimento - Movimentação nas linhas de fabricação Propriedades do vidro Propriedades do vidro Quando solicitada por pressão interna, a superfície da embalagem de vidro é submetida a esforços de tração: 1. Romper imediatamente 2. A embalagem pode não se quebrar por um tempo indefinidamente longo 3. A embalagem pode vir a se quebrar após um determinado intervalo de tempo Relacionado com a presença de defeitos Fadiga: tempo em que a carga foi aplicada Figura. Curva de resistência à pressão interna em função do número de ciclos de uma embalagem de vidro retornável. Figura. Efeito do intervalo de aplicação da carga na resistência à pressão interna de embalagens de vidro. Propriedades do vidro nº de imperfeições Profundidade das imperfeições Tabela. Relação entre a forma geométrica e a resistência à pressão interna para garrafas de vidro. Propriedades do vidro Formato da embalagem: influência na resistência à pressão interna Figura. Representação esquemática da forma de ruptura por pressão interna. Propriedades do vidro – Esforços de compressão: resistência do vidro é elevada – Esforços de compressão: Enchimento Fechamento Selagem Empilhamento 6.2 Resistência à carga vertical (esforços de compressão) Propriedades do vidro 14/04/2013 7 Figura. Relação de resistência à carga vertical de quatro formatos de ombro de embalagens de vidro Propriedades do vidro Quanto menos acentuado for o formato do ombro: melhor distribuição de tensão de compressão menos intenso o desenvolvimento de tensões de tração Resistência à carga vertical x formato do ombro 6.4 Resistência ao choque térmico Propriedades do vidro - Relacionado com coeficiente de expansão térmica: borossilicato e sodo- cálcico - Tensões térmicas: Aquecimento: esforços de compressão Resfriamento: esforços de tração Tensões / movimentos opostos Tensões / movimentos opostos Tensões / movimentos opostos Produto frio Produto quente Resistência ao choque térmico x espessura Propriedades do vidro Figura. Relação teórica entre a espessura de parede da embalagem de vidro e a resistência ao choque térmico Figura. Fratura por choque térmico espessura irregular junção do vidro Figura. Diagrama esquemático da produção de embalagens de vidro Produção de embalagens de vidro: Descrição geral do processo 1. Preparação da composição Requisitos de pureza e a análise química: rigorosamente verificados A mistura é obtida num equipamento misturador, Não se deve incorporar o caco ou vidro reciclado na fase de mistura 2. Processo de elaboração do VIDRO - Processo de transformação da mistura vitrificável em vidro: fusão + afinagem + condicionamento: forno de fusão Fusão: mistura vitrificável + caco beneficiado. Materia-prima passa do estado sólido para o estado líquido. Durante a fusão ocorre: • Evaporação da água livre • Desidratação da mistura vitrificável • Formação de gases (CO2, SO3 e SO2) • Formação de fase líquida • Produção de uma massa de vidro fundido • Agitação da massa de vidro, devido às correntes de convecção Afinagem: O vidro fundido atinge a chamada região de afinagem. • Ocorre formação de bolhas • material fundido mais homogêneo Condicionamento: tanque ou canais de trabalho: condicionamento térmico O vidro perfeitamente homogeneizado é transferido para a etapa de fabricação da embalagem de vidro Processo de elaboração do VIDRO 14/04/2013 8 3. Processo de fabricação da EMBALAGEM DE VIDRO Fornecedora (canal de distribuição): São conjuntos de equipamentos que conduzem a massa fundida do forno para as máquinas automáticas de fabricação, adequando temperatura de forma a produzir as gotas com as características desejadas, especificas para cada produto. Alimentador: Compõe-se basicamente de um tubo, um pino refratário e uma espécie de tesoura (constituída de duas lâminas especiais) que permitem que o processo de formação da gota seja totalmente automático e contínuo. 1. Processo soprado-soprado Produção de embalagens de vidro Fundo de bloco Produção de embalagens de vidro 1. Soprado – soprado Produção de embalagens de vidro 2. Processo prensado-soprado Produção de embalagens de vidro 3. Processo NNPB – Narrow neck press and Blow: Prensado-soprado (boca estreita) Produção de embalagens de vidro Melhor controle da espessura da parede do vidro; embalagem mais leve 14/04/2013 9 O processo permite a redução na espessura de parede e a distribuição mais uniforme e homogênea do vidro em toda a embalagem processo NNPB envolve maior complexidade em todas as operações de conformação e moldagem, exigindo um rigoroso controle das variáveis envolvidas. Processo NNPB Recozimento • Segundo a NBR 14910 (2002) define grau de recozimento ou tempera real como o grau de tensões internas remanescentes na estrutura do vidro resultante do processo de fabricação. • Embalagem de vidro sofre durante e após as operações de conformação, um resfriamento rápido e irregular, o que promove tensões internas na massa de vidro. Essas tensões podem provocar a ruptura da embalagem (em alguns casos até espontânea). • Portanto um tratamento térmico dever ser aplicado na embalagem de vidro posteriormente à sua fabricação, cuja finalidade principal é minimizar as tensões residuais e obter um vidro com condições mecânicas estáveis. Este tratamento é o recozimento (annealing). O processo de recozimento ocorre em túnel de recozimento: esteira metalizada com comprimento de 30 a 40 metros. É aplicado em três fases - Na primeira fase quando a embalagem recém-moldada entra no túnel, a sua temperatura é de aproximadamente 450º C. Num período de 5 a 10 minutos aproximadamente a embalagem atinge cerca de 500º C a 550º C. - Na segunda fase ocorre o relaxamento das tensões residuais sob uma temperatura específica (faixa de recozimento do vidro) por um tempo controlado. - Na terceira fase, ocorre o resfriamento lento e controlado, durante um longo tempo, ate atingir a temperatura de estabilidade (na faixa de 50 a 100º C), sem o aparecimento de novas tensões. RecozimentoTratamentos superficiais - Tratamento a quente (Hot end Coating): Objetivo: aumentar a dureza superficial do vidro e propiciar uma melhor adesão do tratamento a frio Processo: Aspersão de vapores de uma solução à base de cloreto de estanho ou de titânio sobre a superfície externa (túnel específico) No túnel de recozimento, ocorre a formação de uma fina película de óxido de estanho (ou de titânio) - Tratamento a frio (Cold end Coating): Objetivo: proporciona a redução do coeficiente de atrito da superfície do vidro, quando do contato direto com outras embalagens ou outras superfícies. Processo: Solução à base de polietileno glicol, ácido oleico ou ácido esteárico (líquido lubrificante) . Tipos de embalagens de vidro 1. Embalagem descartável ou one-way: 2. Embalagem retornável ou reutilizável: possibilidade de reutilização múltipla para comercialização garrafas de maior peso processo complexo de limpeza: Inicialmente tem a inspeção visual Processo de lavagem e sanitização Inspeção eletrônica e/ou visual Decoração/ rótulo cerâmico: ACL - Applied Ceramic Label Tipo de rotulagem: impressão é aplicada diretamente na garrafa de vidro por meio de processo serigráfico Tintas cerâmicas, a base de vidro e pigmentos inorgânicos ou orgânicos, denominadas esmalte vitrificável termoplástico É aplicado posteriormente à fabricação da embalagem de vidro Aplica-se em seguida um tratamento térmico controlado em forno contínuo, com temperaturas da ordem de 500 a 620 ºC, na qual ocorre a adesão, por fusão, da tinta cerâmica na superfície do vidro. 14/04/2013 10 Defeitos do vidro • Defeitos críticos Defeitos que podem produzir condições perigosas ou inseguras para quem manipula a embalagem ou consome o conteúdo da mesma • Contaminantes Internos Presença de substâncias tóxicas ou nocivas que possam colocar em risco a saúde do consumidor. • Fundo Falso Película do vidro muito fina e quebradiça, cobrindo parte do fundo da embalagem. • Lasca presa no topo do gargalo Lasca na superfície superior da embalagem, na área de vedação, sujeita a desprendimento e queda na parte interna. • Defeitos funcionais maiores Aqueles que podem dar lugar à falta de segurança para as pessoas que manipulam a embalagem de vidro, ou diminuição de rendimento no processo de acondicionamento, bem como podem impedir a realização da função à qual a embalagem se destina. • Deformado Desconformidade com o formato original especificado. • Costura saliente (rebarba não cortante) Pequena saliência de vidro na região correspondente à junção das formas • Falta da Resistência à Carga Vertical Resistência mecânica da embalagem quando submetida à compressão vertical. Defeitos • Falta de Resistência à Pressão Interna Incapacidade da embalagem de vidro em suportar uma pressão interna a que se destina. • Falta de Resistência ao Choque Térmico Falha na resistência a variações bruscas de temperatura com diferencial de 42 °C. • Gargalo falhado Superfície de vedação não está completamente formado • Impacto Borboleta Rachadura provocada por choque mecânico deixando fragmentos de vidro no interior da embalagem, apresentando normalmente aspecto de “asa de borboleta”. • Má distribuição de vidro Espessura da parede não uniforme e inferior ao mínimo especificado. Defeitos • Defeitos Funcionais Menores Defeitos que podem impedir o uso, prejudicar o desempenho ou o aspecto visual da embalagem. • Bolha Inclusão gasosa na massa de vidro de diâmetro igual ou superior a 5 (cinco) mm. • Cordão ou Anel de Transferência Falhado Cordão ou anel que não estão completamente formados. • Falha Dimensional Características dimensionais e volumétricas da embalagem de vidro em desacordo com o especificado. • Lascado no Fundo ou Corpo Embalagem de vidro lascada na parte externa do fundo ou do corpo. Defeitos • Defeitos não Funcionais ou de Aparência Defeitos que não reduzem, substancialmente, a utilidade da embalagem de vidro para o fim a que se destina, ou não influem substancialmente no seu uso efetivo ou operação. • Arranhões Riscos produzidos por atritos entre as embalagens de vidro. • Bolha Inclusão gasosa na massa de vidro de diâmetro menor que 5 mm e maior ou igual a 2 mm. • Calcinado Embalagem com incrustações externas no fundo. • Colarinho Saliência entre o gargalo e o pescoço, logo abaixo do anel. Defeitos • Cor Tonalidade de cor diferente da especificada. • Corda Descontinuidade ou variação na composição do vidro, aparecendo, geralmente, como linha ou faixa, detectado a olho nu ou através de aparelho. • Deslocamento Juntas de moldes fora do alinhamento • Dobra Irregularidade na superfície do vidro com aspecto de dobramento. • Enfumaçado Embaçamento na superfície da embalagem. • Fundo de Lado: Acúmulo de vidro em um só lado, no fundo da embalagem. Defeitos 14/04/2013 11 Sistemas de fechamento para embalagens de vidro Embalagem de vidro: problema no sistema de vedação Sistema de fechamento: tampa + terminação (gargalo, bocal ou acabamento) Processos mecânicos ou físicos Características: - Deve ser eficiente e seguro - Deve ser inerte: evitar transferência de sabor e odor - Deve ser prático e conveniente - Deve dificultar e evidenciar qualquer violação Tipos de tampas: Garra-torção (Twist-off): Embalagens de vidro a vácuo Possibilidade de abertura e fechamento (FF ou FC) Botão de segurança (safety button) Processo de aplicação automática: - aquecimento prévio do vedante (aplicação de vapor) - compressão do vedante sobre a superfície de vedação da embalagem de vidro - obtenção do vácuo após o resfriamento do produto Sistemas de fechamento Sistemas de fechamento Garra-torção Sistemas de fechamento Pressão-torção (Press-on) Aplicação automática em linha sob pressão (permite alta velocidade: 2000 unidades por minuto) Abertura da tampa por torção Não possui garras: região susceptível à oxidação (aço: FF) Botão de segurança Fixação da tampa é proporcionada pelo vácuo no interior da embalagem e pelas canaletas formadas pelos filetes Pressão-torção Sistemas de fechamento Abre-fácil: Tampas para copos e potes de vidro para produtos termoprocessados Abertura pela remoção do selo plástico e eliminação do vácuo Embalagens com perfil reto (sem borda ou virola) Aço ou alumínio Tampas plásticas Produtos não processados termicamente (maionese, café solúvel, temperos) São rosqueáveis, permite múltiplos fechamentos PP ou PEAD + PEBD Sistema de vedação (cartão ou PE) : proteção a H2O, O2 14/04/2013 12 Tampa coroa (Crown) Produtos alimentícios como leite de coco, bebidas carbonatadas Formada por cápsula metálica + disco de vedação plástico interno Atualmente: Vedante + absorvedor de O2 (Oxygen Scavenger) Processo de lacração: 2 cargas distintas e consecutivas Rolha metálica de abertura manual (Twist-Crown) Fechamento similar ao Crown Abertura manual Filetes de rosca contínuo Crow n Referências: http://www.verallia.com.br/ Jaime, S. B. M., Dantas, F. B. H. Embalagens de vidro para alimentos e bebidas: propriedades e requisitos de qualidade. Campinas: CETEA/ITAL, 2009. 223p.
Compartilhar