Universitatea tefan cel Mare Suceava Facultatea de Inginerie Alimentar Specializarea Controlul i Expertiza Produselor Alimentare Anul 4

AMBALAJE SI DESIGN

STICLA - MATERIAL DE AMBALARE

2

CUPRINSCapitolul IMemoriu justificativ............................................................................................................pg 4 1.1.Istoric.............................................................................................................................Pg 5 1.2.Introducere.....................................................................................................................pg 6 1.3.Compoziia i structura sticlei........................................................................................pg7 1.4.Obinerea sticlei.............................................................................................................pg 9 1.4.1. Amestecarea i topirea............................................................................................pg 9 1.4.2. Prelucrarea sticlei topite.......................................................................................pg 10 1.4.3. Recoacerea recipientelor din sticl.......................................................................pg 12 1.4.4. Tratamente de suprafa........................................................................................pg 12 1.5.Proprietile sticlei........................................................................................................pg 13 1.5.1. Proprietile fizico-mecanice ale sticlei.................................................................pg 13 1.5.2. Proprietile chimice ale sticlei..............................................................................pg 14 1.5.3. Proprietile termice ale sticlei..............................................................................pg 16 1.5.4. Proprietile optice ale sticlei................................................................................pg 17 1.6 Tipuri de sticl............................................................................................................pg 19

Capitolul II AMBALAJE DIN STICLA2.1.Borcane din sticl.........................................................................................................pg 22 2.1.1. Borcane cu nchidere Omnia..............................................................................pg 23 2.1.2. Borcane cu nchidere Twist-off...........................................................................pg 24 2.1.3. Borcane cu nchidere Keller................................................................................pg 25 2.1.4. Borcane cu nchidere White-Cap.......................................................................pg 26 2.1.5. Borcane cu nchidere Pry-off.............................................................................pg 26

2.2. . Butelii din sticl......................................................................................................pg 262.2.1. Butelii de uz general...........................................................................................pg 27 2.2.2. Butelii pentru vin.................................................................................................pg 27 3. Proprieti specifice buteliilor din sticl........................................................................pg 28 4. BIBLIOGRAFIE............................................................................................................pg 30

Memoriu justificativ3

Proiectul este structurat pe doua capitole, in primul capitol este prezentat un scurt istoric al aparitiei sticlei si folosirii sale ca material de ambalare. Primele vase din sticl se pare c au fost sculptate din blocuri solide cu circa 3000 ani .e.n. Sticla a fost descoperit de ctre civilizaiile egiptene i siriene, contemporane i rivale,apoi s-a rspndit prin negutorii fenicieni, spre Asia Mic i India i spre Occident pn la celi i n Spania. Tot in acest capitol este prezentata modul de obtinere a sticlei, cuompozitia si proprietatile acesteia. Principalul constituent al sticlei este oxidul de siliciu (68-73%), urmtorul fiind sticla spart i reciclat provenit de la fabrici sau de la consumatori. Pentru obtinerea sticlei se parcurg mai multe etape cum ar fi: amestecarea i topirea, prelucrarea sticlei topite, recoacerea recipientelor din sticl, tratamente de suprafa iar ca si componente principale in fabricarea sticlei se foloseste oxidul de siliciu, elementul care confer prin excelen transparenta sticlei dar fiind foarte refractar, este ajutat de un metal care se topete (fondant) pentru ajuta trecerea sa la starea sticloas prin reducerea temperatura de topire a amestecului. Componentele fundamentale ale sticlelor obinuite care ajut ca elemente secundare sunt: alumina Al2O, afntori, sticl rebut, decoloranti, opacificatori i colorani. Sticla este clasificata in funcie de compoziia chimic si exist urmtoarele tipuri de sticl: sticla silicic, sticla calco-sodic, sticla alumino-silicic, sticla silico-calco-sodic, sticla boro-silicic. O alta clasificare a sticlei este in functie de culoare si se clasifica astfel: sticla incolor, sticla semialb, sticla verde deschis i verde nchis, sticla galben nchis (frunze moarte), sticla brun sau ambr In al doilea capitol sunt prezentate ambalajele din sticla, clasificarea si proprietatile acestora. Sunt prezentate doua categorii de ambalaje:borcane din sticla care se impart in mai multe subcategorii si buteliile din sticla care la randul lor se clasifica in alte subcategorii. In aceste capitol mai sunt prezentate si domeniul de utilizare a fiecarui tip de ambalaj din sticla. Inca din antichitate si pana astazi recipientele din sticla au continuat sa aiba un rol semnificativ in ambalarea produselor alimentare.

1.1.Istoric

4

Originea sticlei se pierde n antichitate i legenda, primele vase din sticl se pare c au fost sculptate din blocuri solide cu circa 3000 ani .e.n. Sticla a fost descoperit de ctre civilizaiile egiptene i siriene, contemporane i rivale, aa cum dovedesc att obiectele i recipientele datnd din acea epoc ct i inscripiile cuneiforme care conin primele reete ale sticlei. Acestea s-au rspndit, prin negutorii fenicieni, spre Asia Mic i India i spre Occident pn la celi i n Spania. Ulterior Roma a continuat rspndirea artei sticlei n teritoriile n care i exercita dominaia dar invazia popoarelor migratoare a determinat migrarea artitilor sticlari din Galia i Italia spre Bizant. Tehnicile de turnare a sticlei topite sau de suflare a firelor de sticl peste matrie de nisip s-au dezvoltat cu circa 1000 ani .e.n., avnd ca rezultat obinerea unor obiecte folositoare din sticl. Dar adevrata revoluie n obinerea sticlei a avut loc cu circa 200 ani .e.n., odat cu introducerea tubului metalic de suflare. Materialul topit fierbinte i vscos ader la acest tub i se umfl atunci cnd se sufl pe la cellalt capt, permind obinerea de obiecte goale din sticl. n anii 200 e.n. n Imperiul Roman obiectele din sticl erau destul de rspndite n gospodrii cu toate c erau scumpe. Pe tot parcursul evului mediu centrul artistic al sticlei a fost Veneia, n timp ce n Frana, n aceeai epoc, pe lng sticlria de lux au aprut primele sticle de geam i primele butelii din sticl. Pn n secolul al XVIII-lea fabricile de sticl din Frana au fost amplasate n pduri sau n apropiere pentru a avea la ndemn att materia prim ct i singurul combustibil existent (sticlriile din Normandie, Nivemais, Ardennes etc.). Ulterior, datorit descoperirii i exploatrii bazinelor de huil au aprut alte fabrici (Rives-de-Gier, Nord de la France etc.). n ara noastr prima sticlrie a luat fiin n secolul al XV-lea la poalele vrfului Negoiu din Munii Fgraului, adnc n pdure, lng albia prului Porumbacu (locul numit La Gljrie). Prelucrarea sticlei s-a efectuat n ntregime manual pn la sfritul secolului trecut; lucrtorul culegea, cu ajutorul unei evi gurite, un pic de sticl topit creia i ddea forma dorit prin suflare cu gura. Totui, datorit mbuntirii tehnicilor de obinere, preul obiectelor din sticl, ndeosebi al buteliilor i borcanelor a sczut n sec. XVIII i XIX. Mecanizarea confecionrii recipientelor din sticl a fost introdus pe scar larga in 1892 fiind urmat de alte realizri importante n deceniile care au urmat printre care proiectarea i construcia la Toledo, n 1903 de ctre Michael Owens, a primei maini complet automate de confecionare a buteliilor din sticl. In afara creterii productivitii s-a nregistrat si diversificarea continu a recipientelor din sticl prin capacitate, dimensiuni forma, culoare etc. In general

5

recipientele din sticl sunt astzi mai uoare dar mai rezistente, de exemplu butelia de 600 ml pentru lapte cntrea 567 g n anii 20 pe cand astzi are doar 250 g. Prin asemenea realizri recipientele din sticla continu s aib un rol semnificativ n ambalarea produselor alimentare. Sticla, este un material plastic anorganic amorf, transparent, insolubil n ap, rezistent la aciunea acizilor i bazelor, dar fragil la oc mecanic sau termic. Se obine prin topirea la temperatur ridicat (1500C) a materiilor prime bogate n siliciu (nisip, silex sau cuar) mpreun cu piatr de var, carbonat de sodiu sau potasiu i materiale auxiliare, care sunt oxizi ai metalelor magneziu, aluminiu, plumb, zinc, bariu, bor, potasiu, litiu, fier, crom, nichel etc, topire urmat de rcire pn la stare rigid fr cristalizare. Dei este adesea privit ca un material produs de om, sticla s-a format pe cale natural, din elemente ale scoarei terestre, cu mult nainte ca globul terestru s fie populat.

1.2. IntroducereSticla este utilizat ca material de ambalaj datorit avantajelor sale: -insolubil n ap i rezistent la aciunea acizilor i bazelor; -inert chimic n contact cu produsele alimentare; -impermeabil la gaze, vapori, lichide i arome; -nu are miros i nu reine mirosurile; -este rigid (i menine formele iniiale); -este transparent (permite controlul vizual al coninutului); -este igienic - se spal uor; -poate fi obinut n forme i culori variate. Ca dezavantaje sticla prezint urmtoarele: fragilitate: crap sub aciunea ocurilor mecanice sau termice; are o greutate relativ mare; depozitare dificil - ambalajele din sticl ocup acelai spaiu i goale; mbtrnire sub aciunea agenilor atmosferici (formare de depuneri albicioase).

1.3. Compoziia i structura sticlei6

Sticla este un material transparent cu formula SiO2(Na2O)m(CaO)n. Oxidul de siliciu este elementul care confer prin excelen transparenta sticlei dar fiind foarte refractar, este ajutat de un metal care se topete (fondant) pentru ajuta trecerea sa la starea sticloas prin reducerea temperatura de topire a amestecului. Principalul fondant este oxidul de sodiu Na2O introdus n compoziie prin carbonat de sodiu sau sulfat de sodiu. Sulfatul de sodiu conine oxid de fier Fe2O3 astfel c nu se folosete la fabricarea sticlei albe - incolore dar se folosete la confecionarea buteliilor din sticl O asemenea sticla este foarte alterabil, putndu-se chiar dizolva n ap (sticla solubil) astfel ca in compoziia materialului trebuie s se adauge un stabilizator de obicei o baz alcalino-prantoas. Cei mai utilizai stabilizatori sunt carbonai de calciu i de magneziu (calcarul i dolomitul) care previn dizolvarea sticlei in ap. Componentele fundamentale ale sticlelor obinuite care ajut ca elemente secundare sunt: alumina Al2O, care ntrzie devitrificarea, mrete rezistenta mecanic a sticlei i rezistena

-

chimic la ap, ageni atmosferici i reactivi acizi sau alcalini. Se introduce sub form de feldspat sau alumin hidratat afntori care produc eliminarea bulelor gazoase coninute de sticla n curs de topire. Aceste substane se descompun i degaj un volum mare de gaz contribuind la omogenizarea amestecului. Cei mai obinuii sunt anhidrida arsemea, mtratul de potasiu, nitratul de sodiu i sulfatul de sodiu sticl rebut provenit din fabricaiile anterioare care uureaz topirea atunci cand este decoloranti folosii n cazul obinerii sticlei incolore deoarece materialele utilizate la adaugat la amestec, avnd avantajul economisirii de materii prime obinerea sticlei nu sunt prea pure. Printre impuritti se numr fierul, aflat ndeosebi n nisip i calcar, care transmite sticlei, n timpul topirii, o tent ce trebuie neaprat corectat dac se dorete obinerea sticlei incolore' Principalii decolornd folosii sunt dioxidul de mangan, 'anhidrida arsenic i oxizii de Ni, Co, Se. - opacificatori i colorani care modific aspectul i culoarea sticlei. Alte ingrediente sunt adugate pentru a mbunti unele proprieti fizice ale sticlei. O compoziie tipic pentru sticl este 'urmtoarea: SiO2 68-73% Na2O 12-15%, CaO 10-13%, MgO 0,3-3%, Al203 1,5-2%, Fe2O 0,05-0,25% i SO2 0,05-0,2% cu uoare variaii n funcie de productor i de materiile prime folosite. In afara acestora se mai pot folosi ca adaosuri oxizi de plumb, zinc, bariu, potasiu, litiu, crom, nichel etc. De exemplu plumbul i confer claritate i strlucire, dei pe seama

7

nmuierii sticlei, iar adaosul de bor diminueaz pierderea sediului din reea care antreneaz cu el i siliciu din sticl. Sticla nu este nici solid i nici lichid dei exist n stare sticloas n care unitile moleculare sunt aranjate dezordonat dar au suficient coeziune pentru a determina rigiditatea mecanic specific. Dei are multe din proprietile unui solid este de fapt un lichid foarte vscos. n timpul rcirii sticla sufer o modificare reversibil a vscozitii ceea ce face ca n final s fie rigid. Cu toate c la temperatura ambiant are caracteristicile unui solid, sticla este un lichid suprarcit i curge extrem de ncet chiar i la aceast temperatur n perioade mari de timp. Aceast afirmaie poate fi verificat prin studierea geamurilor ferestrelor foarte vechi care sunt uor mai groase la partea inferioar dect la cea superioar. Structura sticlei este tridimensional n care scheletul rigid este constituit din elementele substanei vitifiante: SiO2 pentru sticlele obiniute, B203 pentru sticla borosilicic, P2Os pentru sticla fosfosilicic. De exemplu' m sticla obinuit, un atom de Si este nconjurat de 4 atomi de oxigen cu formarea unui tetraedru. In interiorul acestei reele se insereaz ionii metalici care intr n compoziia sticlei, provenii din fondani (Na2O, K20, Li2O) i stabilizatori (CaO, BaO, MgO, PbO). Introducerea acestor cationi n reea determin ruperea legaturilor Si-O, B-O. Numrul acestor legturi este funcie de numrul de cationi i de valena acestora. Astfel, introducerea unei molecule de Na2Ontr-o reea de siliciu provoac ruperea unei legturi, n timp ce o molecul de MgO provoac ruperea a dou legturi. Aceste noi legturi pe care le formeaz cationii modificatori de reea (Na Mg etc.) cu oxigenul sunt de natur ionic i de intensitate slab n timp ce legaturile formatorilor de reea (Si, B etc.) cu oxigenul sunt de natur homeopolara (covalent) i deci mult mai puternice. Din aceast cauz din sticla folosit pentru ambalaj este posibil s treac n produsul ambalat ioni ai metalelor legai de oxigen. n industria alimentar acest fapt nu constituie un pericol pentru calitatea produsului care vine n contact cu sticla, att timp ct ionii respectivi nu sunt toxici. De remarcat c n sticlele complexe nu exist ntotdeauna o delimitare clar ntre formatorii i modificatorii de reea, astfel c ioni cum sunt Pb, Al i Fe pot aparine cnd unui grup, cnd celuilalt. Cu toate acestea, n ciuda structurii tridimensionale caracterizat de o reea de poliedre similar structurii silicailor cristalini, n reeaua sticlei lipsete periodicitatea i simetria, existnd tendina ca ntre grupurile mari s apar i legturi dezordonate, astfel c sticla are o structur amorf. Aceast structur amorfa, lipsit de planuri alunecoase formate de marginile cristaline care ar permite deformarea, rspunde de rigiditatea i fragilitatea sticlei.

8

1.4. Obinerea sticleiPrincipalul constituent al sticlei este oxidul de siliciu (68-73%), urmtorul fiind sticla spart i reciclat provenit de la fabrici sau de la consumatori. Preocuprile legate de protecia mediului nconjurtor au luat n considerare aspectul reciclrii sticlei. Dei folosirea deeurilor de sticl poate produce probleme produciei unor anumite tipuri de sticl dac nu se face o separare corect n funcie de culoare i ndeprtarea materialelor asociate cum sunt etichetele, folosirea sticlei reciclate este economic deoarece cantitatea de energie necesar pentru topirea acesteia este mult mai mic dect pentru topirea materiilor prime. De asemenea, se reduce cantitatea de praf i alte particule care nsoesc adesea materiile prime.

1.4.1. Amestecarea i topireaPrima etap a fabricrii sticlei const n omogenizarea amestecului format din constitueni, n prealabil adui n stare pulverulent, dozai corespunztor i introdui n amestectoare rotative. Compoziia omogenizat ete introdus n cuptoare din crmid refractar n vederea obinerii propriu-zise a sticlei prin topire la temperatur ridicat (1450-1500C). n cuptor amestecul rezultat este transformat n sticl topit care la final trebuie s fie omogen din punct de vedere chimic i liber de incluziuni gazoase. Procesul de topire const din dou faze: trecerea din stare solid n stare lichid i stabilizarea (rafinarea) lichidului. Fenomenele fizice i chimice care au loc la topire pot fi explicate astfel: a) Din punct de vedere fizic se produce o dizolvare reciproc a materialelor solide prezente cu formarea de combinaii, adesea complexe, dar aspectul esenial este faptul c topirea se produce spre 1300C, o temperatur mult mai 'sczut dect temperatura de topire a principalelor elemente iniiale (circa:1750C pentru SiO2 i 2500C pentru calcar). Aceast anomalie aparent se explic prin legile lui Raoult i Van't Hoff: corpurile care sufer adaosul altor substane se topesc la o temperatur mai sczut dect n stare pur. n cazul sticlei este evident importana acestei reduceri a temperaturii care permite topirea materialelor refractare cum sunt silicea i calcarul la temperaturi realizabile industrial. b) Din punct de vedere chimic pot avea loc deshidratri, disocieri prin cldur, oxido-reducere i interaciuni succesive sau simultane ale diverilor componeni care particip la prepararea sticlei. Reaciile care au loc sunt diferite n funcie de natura chimic a fondantului: carbonat sau sulfat de sodiu.n cazul folosirii de carbonat de sodiu cu rol de fondant au loc reaiile urmtoare: 500-830C (CO3)3Na2Ca + SiO2 = Si2O3Na2 + SiOsCa + 2CO2 720-900C CO3Na2 + SiO2 = SiO3Na2 + CO2 780C formarea eutecticului COiNa2 + (CO3)2Na2Ca 9

813C topirea (CO3)2Na2Ca 855C topirea CO3Na2 912C CO3Ca = CaO + CO2 (la presiune atmosferic) 960C (CO3)2Na2Ca = CaO + Na2O + 2 CO2 1010C CaO + SiO2 = SiOCa

In cel de al doilea caz, cel al folosirii de sulfat de sodiu drept fondant, reacia silicei cu acesta este foarte lent, astfel c n amestec se adaug crbune (antracit): 235C SO4Na2 sufer o modificare cristalin 620C ncepe degajarea CO2 740 - 800C SO4Na2 + 2C = Na2S + 1CO2 Na2S + CO3Ca = CaS + CO3Na2 740C formarea eutecticului Na2S + SO4Na2 756C formarea eutecticului Na2S + CO3Na2 780C formarea eutecticului CO3Na2 + (CO3)2NaCa 795C formarea eutecticului SO4Na2 + CO3Ca SO4Na2 + CaS + 2SiO2 = SiO3Na2 + SiO.Ca + SO2 + S SO4Na2 + Na2S + 2SiO2 = 2SiP3Na2 + SiO2 + 5 865C 1010C 1240C formarea eutecticului SO4Na2 + SiO,Na2 CaO + SiO2 = SiO3Ca dizolvarea SiO3Ca i formarea unui lichid omogen.

In timpul procesului de rafinare, gazele rezultate din reacii chimice se ridic la suprafaa furnalului (cuptorului) prsind materialul topit. Cnd sticla topit este liber de gaze poate fi prelucrat n vederea transformrii n diferite obiecte sau recipiente. Ea este omogenizat i rcit de la 1250-1350C la circa 1150C pentru a avea vscozitatea necesar operaiei urmtoare.

1.4.2. Prelucrarea sticlei topiteSticla este prelucrat n stare vscoas, ntr-un interval de temperatur n care vscozitatea variaz mult. Este deci important s se cunoasc variaiile acestei vscoziti care depind de temperatur i de compoziia sticlei. Sticia se aduce i se menine uor la temperatura de lucru dorit dar trebuie s se evite un fenomen oricnd posibil i anume, cristalizarea parial a masei topite, cunoscut mai ales sub numele de devitrificare. Pentru evitarea acestui fenomen, trebuie, nainte de toate, s se

10

aleag corect, compoziia sticlei i s se treac rapid peste temperaturile periculoase pentru a se ajunge la o vsco-zitate la care nu se poate produce cristalizarea. Sticla topit este trecut din furnal n maina de formare ntr-o structur canelat, numit antecreuzet, care este meninut cald cu un anumit numr de arztoare mici, scopul fiind asigurarea unei distribuii uniforme de temperatur n masa de sticl topit. La captul acestui dispozitiv se afl mecanismul de formare a picturilor de sticl care const dintr-o sit rotativ i un plunger vertical. Este necesar controlul exact al temperaturii i formei n timpul formrii picturilor de sticl pentru o producie cu vitez mare a unor recipiente din sticl corecte, temperatura fiind de 1100 1 C. Procesul de convertire a formei cilindrice ntr-o butelie sau un borcan se numete formare i se realizeaz pe maini de formare, principalul tip de astfel de maini fiind IS (Individual Sections) care const din mai multe seciuni cu funcionare individual, n funcie de capacitate. Aceste maini efectueaz dou operaii: modeleaz sticla topit ntr-un recipient gol i preiau cldura de la materialul topit pentru a preveni deformarea semnificativ sub aciunea propriei greuti. Se folosesc dou procese de baz: suflare + suflare (blow & blow) i presare + suflare (press & blow). Buteliile sunt produse n mod normal printr-un proces suflare + suflare n dou etape. O pictur de sticl cu forma i greutatea corect definite este lsat s cad ntr-o cavitate din fier turnat rcit la exterior cunoscut sub denumirea de matri principal (pentru formarea corpului recipientului). O parte din sticl curge peste un plunger aflat la baza matriei principale folosit pentru finisarea recipientului prin intermediul unor matrie inelare. Se aplic aer comprimat pentru a fora sticla s coboare n plunger i s formeze inelul gtului. Adesea se aplic depresiune de la baz ca o alternativ sau procedeu suplimentar. Cnd finisarea modelrii este complet se retrage plungerul iar aerul lrgete cavitatea pn ce sticla este presat pe matri pentru a se obine prefonna. Aceasta este apoi ntoars i transferat matriei de suflare (blow mold) unde se ntinde sub aciunea propriei greuti. Se folosete aer cu presiunea de circa 200 kPa sau depresiune pentru ca sticla s fie presat pe suprafaa metalului care este rcit asigurndu-se astfel ndeprtarea rapid a cldurii. Apoi matria este deschis i ndeprtat pentru a permite aerului s rceasc recipientul n cazul borcanelor se folosete procesul n dou etape presare + suflare. Pictura de sticl topit este presat pe pereii matriei cu un plunger mare. Cnd cavitatea este umplut sticla este mpins n gtul inelar i se formeaz gura borcanului. Nu se folosete aer comprimat sau depresiune. Restul operaiilor sunt identice cu cele de la suflare + suflare. Un proces recent (narroww neck press and blow) const n introducerea sticlei topite in matria i presarea sa cu un plunger metalic. Plungerul i masa de sticla topita au acelai volum cu cavitatea

11

matritei ceea ce permite o distribuie mai uniforma a sticlei in recipientul produs i un control corect al acestei distributii. Etapa secundara este similar celei din procesul suflare + suflare. Recipientele obinute au o grosime a pereilor mai uniform i ca atare, o rezistena mai mare.

1.4.3. Recoacerea recipientelor din sticlFabricarea sticlei se ncheie cu recoacerea, operaie care are ca obiectiv eliminarea, din recipientele obinute a tensiunilor interne dezvoltate n timpul modelarii, tensiunilor care compromit soliditatea. Recoacerea efectuat la temperaturi bine stabilite, n funcie de tipul de sticl, restabileste echilibrul molecular al materialului, temperatura de recoacere fiind cea care permite ca acest lucru sa se realizeze in cteva minute. Recoacerea se realizeaz prin creterea temperaturii recipientelor la circa 540 C, aproape de temperatura de topire a sticlei, mentmerea la aceast temperatura timp de cateva minute, apoi rcirea cu o vitez corespunztoare pentru ndeprtarea tensiunilor din pereii recipientelor. In timpul rciri suprafaa interioara este mai fierbinte dect cea exterioara ceea ce determina o comprimare a suprafetei interioare si aparitia de tensiuni in suprafata interioara.

1.4.4. Tratamente de suprafaRezistena recipientelor din sticl noi poate fi redusa rapid prin actiunea umiditatii sau prin frecare, de aceea sunt necesare tratamente ale suprafetei.Aceasta s-a realizat pentru prima data intamplator, cu ani in urma, prin formarea unui strat de sulfat de sodiu pe suprafata sticlei in timpul recoacerii, datorita SO2 prezent in mediul de incalzire. Recipientele din sticl sunt supuse la dou tipuri de tratament de suprafata:unul interior pentru imbunatatirea proprietetilor chimice si unul exterior pentru modificarea proprietilor mecanice.Suprafaa interioar poate fi mbuntit prin doua metode, prima conta in injectarea SO2 gazos adesea de sulfat de moniu, in recipientul aflat la temperatura de 550-600C. Gazul reacioneaz cu atomii de sodiu formnd un depozit ceos de sulfat de sodiu pe suprafa. Acest strat ceos este ulterior splat de materialul de umplere, lsnd o suprafa extrna de rezistent la atac chimic. Cu toate c era des folosit n trecut pentru buteliile de ampanie, n prezent aceast metod este scoas din uz. Cea de a doua metod de mbuntire a rezistenei chimice a suprafeei interioare a recipientelor din sticl implic folosirea unei fluorocarburi gazoase n locul SO2. Cu toate c mecanismul exact este neclar, se crede fie c se formeaz fluorur.de sodiu care apoi se volatilizeaz, fie c atomii de fluor ptrund n structura sticlei i imobilizeaz ionii de sodiu. Ca rezultat, durabilitatea suprafeei interioare este mult mbuntit, neexistnd nici un film rezidual format pe ea. Aceast tehnic se 12

aplic n special sticlei colorate la care o depozitare ndelungat a buteliilor goale poate conduce la fluo-rescena suprafeei. Tratamentul suprafeei exterioare se efectueaz nainte de recoacere i const n aducerea, n contact cu exteriorul recipientelor, a unor vapori care conin staniu sau titan (de obicei sub form de tetraclorur), ceea ce duce la formarea unui strat subire de oxid metalic ce mbuntete aderena acoperirilor ulterioare recocerii (finisare la rece). Acest din urm tratament implic pulverizarea pe suprafaa exterioar a recipientelor a unui material organic n soluie apoas (ceruri, stearai, siliconi, acid oleic sau polietilen) pentru a-i reduce coeficientul de frecare. Adesea se aplic numai tratamentul de finisare la rece.

1.5. Proprietile sticleiUtilizarea sticlei pentru confecionarea de ambalaje este condiionat de o serie de proprieti: fragilitatea, transparena, rezistena la temperatur, protecia asigurat de ctre sticl. 1.5.1 Proprietile fizico-mecanice ale sticlei Datorit structurii amorfe sticla este strlucitoare i se sparge la aciunea unor tensiuni. La lovituri sau la contactul cu orice corp tare pe suprafaa sticlei apar fisuri mici care pot fi invizibile cu ochiul liber. Aceste fisuri, datorit ngustimii lor produc o concentrare a tensiunilor care, uneori, pot fi mai mari dect tensiunea total la care este supus seciunea care le conine, acest lucru conducnd n final la crpare. Rezistena mecanic a unui recipient din sticl este o msur a capacitii acestuia de a rspunde la aciunea forelor aplicate. Sticla se deformeaz elastic pn se sparge proporional cu mrimea forelor aplicate. Fragilitatea este caracteristica sticlei de a crpa sub aciunea ocurilor mecanice sau termice. Aceast caracteristic este exprimat prin rezistena la presiune intern, rezistena la solicitare vertical, rezistena la lovire, rezistena la zgrieturi i rosturi. a )Rezistena la presiune intern este important n special pentru buteliile destinate ambalrii buturilor cu coninut de gaze dizolvate (bere, buturi rcoritoare, ampanie etc.), pentru ambalajele aerosol i pentru recipientele din sticl (butelii, borcane, etc.) care sunt supuse tratamentului termic n ap la fierbere sau n ap fierbinte sub presiune, mpreun cu produsul coninut. Sticla este un material satisfctor pentru aceste ambalaje dei multe recipiente explodeaz n timpul umplerii, nchiderii sau tratamentului termic. Motivul cel mai rspndit este existena unui defect microscopic al recipientului, nedetectabil prin mijloace comerciale uzuale. Alte cauze ale spargerii recipientelor din sticl sunt defectele de suprafa datorate zgrierii sau rosturilor i distribuia neuniform a materialului n recipientul din sticl. De aceea, la 13

confecionarea recipientelor din sticl trebuie evitate schimbrile brute de seciune i muchiile ascuite. Forma buteliei care rezist cel mai bine la presiune intern este sfera dar, ntruct aceasta nu este practic, cea mai rspndit este forma cilindric. b)Rezistena la solicitare vertical - ntruct sticla poate rezista la comprimare puternic, proiectarea umrului este important pentru reducerea spargerilor n timpul operaiilor de umplere i nchidere. c)Rezistena la impact (lovire). Sunt importante dou forme de impact: micarea recipientului i lovirea unui obiect staionar (ca atunci cnd cade o butelie) i micarea unui obiect care lovete o sticl staionar (aa cum se ntmpl pe linia de umplere). Un risc mai deosebit ciobirea (fisurarea) recipientelor din sticl datorit unui numr de loviri cu vitez ridicat, dar nu ndeajuns de puternice pentru a produce spargerea. Asemenea ciobiri, produse n interiorul recipientelor din sticl sunt greu de detectat, dar sunt i periculoase ntruct prezena cioburilor ntr-un produs alimentar poate produce complicaii severe. La nivelul liniilor de umplere se pot lua diferite msuri pentru reducerea ocurilor. Astfel, suprafeele care vin n contact cu recipientele din sticl (transportoare, ci de ghidare etc.) pot fi tratate (lubrifiate) cu acoperiri care s absoarb energia rezultat din impact pentru a diminua fragilitatea sticlei la contactul cu obiecte staionare sau prevzute cu sisteme de reducere a ocurilor (de exemplu folosirea pernei de aer). 1.5.2. Proprietile chimice ale sticlei Rezistena chimic a recipientelor de sticl este incontestabil mult superioar altor materiale de ambalare. Totui datorit faptului c relaia ambalaj -produs alimentar are uneori aspecte foarte complexe, s-a creat o gam mare de sticle cu rezisten chimic variabil, fiecare fiind utilizabil n domenii bine determinate. Silicaii alcalini sunt solubili n ap, deci sticla ce conine numai Si02 i Na20 sau K20, n contact cu apa d reacie alcalin, pierznd totodat ionii alcalini. Cnd se impune stabilitate mrit fa de ap i fat de produsele cu caracter acid sau alcalin se utilizeaz ambalaje din sticl 'cu adaos de oxizi de calciu, magneziu, zinc, bariu, plumb i aluminiu. Practic, viteza de aciune a apei i a soluiilor apoase asupra sticlei este foarte lent la temperatura camerei, ea fund accelerat la temperaturi ridicate astfel c, prin sterilizri repetate la temperatur ridicat, din sticl sunt extrase cantiti apreciabile de sodiu. Singurul lichid care reacioneaz rapid cu sticla la temperatura camerei este acidul fluorhidric. n cazul lichidelor organice cum sunt uleiurile i solvenii nu a fost detectat nici o reacie. Aciunea soluiilor cu caracter acicl asupra sticlei se caracterizeaz prin reaciile de hidroliz care duc la ruperea legturilor Si-O-Me+, unde Me+ reprezint un ion alcalin sau alcalino-pmntos. Se

14

formeaz hidroxizi ai metalelor alcaline sau alcalino-pmntoase i un ion de hidrogen, fie sub form ft fie ataat unei molecule de ap H3O+. Ionii H* nlocuiesc ionul Me (Na , Mg+ ) din structura tridimensional formnd acidul silicic Acidul sihcic, insolubil, format n stratul superficial, constituie un strat protector astfel c viteza atacului scade rapid. Cedarea altor ioni metalici din compoziia sticlei (Fe i Mn la sticla colorat) este neglijabil. Formarea stratului de acid silicic decurge la nceput cu vitez mare, dup care aceasta scade. Viteza de formare a acidului silicic este funcie de temperatur grosimea lui dublndu-se la o cretere a temperaturii cu 10C. Natura i concentraia acidului care acioneaz asupra sticlei au influent redus Sticla foarte bazic (cea bogat n oxid de plumb) este sensibil la aciunea acizilor. Aciunea soluiilor alcaline asupra sticlei este mult mai sever ca cea a soluiilor de acizi. Hidroliz silicailor la aciunea soluiilor alcaline duce la ruperea legturilor Si-O cu transformarea lor n uniti Si-O-Na i Si-OH Ruperea acestor legturi care asigur stabilitatea structurii tridimensionale a sticlei, duce la distrugerea lent i total a sticlei. Aciunea soluiilor neutre se manifest prin trecerea ionilor de sodiu n soluie. Dac n soluie nu se gsete un tampon, ea devine alcalin i aciunea agresiva asupra sticlei se accentueaz. Prezena unor sruri (ca citratul de soctiu) mrete considerabil viteza de atac. Pierderea sodiului din reea mpreun cu siliciul antrenat supune suprafaa sticlei la trei forme de coroziune: gravare, scurgere i eroziune. Gravarea se caracterizeaz prin atacul alcalin care distruge ncet reeua silicica elibernd celelalte componente ale sticlei. Scurgerea se explic prin atacul acid prin care ionii de hidrogen nlocuiesc ionii metalelor alcaline sau ali ioni mobili cu sarcin pozitiv. Sticla rmas, n special din siliciu, i pstreaza integritatea normala Eroziunea, cu toate c nu este pe deplin neleasa, nu reprezni a o problem pentru aplicaiile comerciale ale ambalm m recipiente din sticla deoarece pot fi necesare secole pentm a fi evident. Totui, o forma uoara de eroziune poate s apar n condiii de depozitare prelungite. Cea mai agresiv soluie pentru sticl este apa bidistilat cu pH neutm Efectul soluiilor acide diluate este mult mai sczut principala aciune fi nd extragerea ionilor Na+ i nlocuirea lor cu ioni care are ca rezultat formarea unei zone lipsite de sodiu pe suprafaa sticlei.Este important sa se ina seama ca faza apoas a majoritii produselor alimentare are caracter acid. Aciunea agenilor atmosferici se manifest asupra recipientelor din sticl ce se depoziteaz n aer liber. La acestea are loc o mbtrnire a sticle, cu formarea unei depuneri albicioase. Aceast aciune este accentuata daca pe suprafaa sticlei se depun, n mod repetat, picturi de ap i apoi se evapomu simpl cltire cu soluie diluat de acid clorhidnc (1-2%) reda aspectul iniial al recipientului.

15

Sticla nu este toxic pentru produsele alimentare, fiind inert fa de produsele care se depoziteaz la temperatur ambiant. 1.5.3. Proprietile termice ale sticlei Rezistenta termic a unei butelii este o msur a capacitatii de a suporta o modificare brusca a temperaturii.,Intrucat sticla rezista la tempe aturi de pana la 500-600C, rezistena sa la temperaturi ridicate este adecvata oricarei utilizri n ambalarea produselor alimentare..In industria alimentara comportarea sticlei la temperatur are o importana deosebita deoarece in comparaie cu alte ambalaje pentru produse alimentare ea are cea mai mica rezistent la oc termic. Rezistena maxim la oc termic recipientului i grosimea peretelui. Principalele situaii n care rezistena la temperatur a prezint importan sunt splarea recipientelor, umplerea fierbinte cu produs tratamentul termic al produselor ambalate (pasteurizate, sterilizare) i sterilizarea ambalajului gol pentm umplerea aseptica. Umplerea fierbinte cu produs este necesar atunci cnd produsul este vscos la temperatur normal (unt de araliide) sau cnd se urmrete realizarea unei ambalri aseptice (gemuri care se toarn fierbini pentru a preveni creterea mucegaiurilor). De obicei, temperaturile nu sunt mai mari de 100C. Sticla este un material potrivit pentru umplere fierbinte n comparaie cu alte materiale de ambalaj, de exemplu materialele plastice care creeaz probleme, nu pentru c s-ar topi, ci pentru c se deformeaz. Tratamentul termic al produselor ambalate n recipiente din sticl este specific conservrii legumelor i fructelor n borcane din sticl (pasteurizare sau sterilizare) i pasteurizrii berii n butelii din sticl. Sterilizarea ambalajului gol se realizeaz cu abur, ap fierbinte sau cldur uscat (aer fierbinte). Este important n cazul recipientelor reutilizate care trebuie splate i sterilizate nainte de umplere. Efectul unei modificri brute de temperatur este nensemnat dac ambele suprafee ale recipientelor din sticl (interioar i exterioar) sunt nclzite sau rcite simultan. Probleme apar atunci cnd doar una din suprafee este nclzit sau rcit rapid. Astfel, cnd un recipient din sticl este rcit brusc (de exemplu la scoaterea din cuptor), pe suprafaa exterioar apar tensiuni, iar pe suprafaa interioar apar fore de comprimare. Invers, o nclzire brusc duce la comprimarea suprafeei i tensiuni interne. n ambele situaii tensiunile aprute sunt temporare i dispar la atingerea temperaturii de echilibru. Deoarece recipientele din sticl se sparg numai cnd sunt supuse la tensiuni, rcirea brusc este mult mai periculoas dect nclzirea brusc fiindc suprafaa exterioar este supus la tensiuni. Practica a demonstrat c mrimea tensiunilor produse este de 35C si depinde de tipul de sticl folosit, forma

16

la rcire brusc pe suprafaa unei butelii este dublul mrimii tensiunilor produse la nclzire brusc, dac se consider aceeai schimbare de temperatur n ambele cazuri. Grosimea peretelui recipientelor din sticl are un rol important n determinarea mrimii tensiunii induse n recipient deoarece, cu ct pereii sunt mai groi, cu att timpul necesar, cldurii s-i traverseze este mai lung i diferena de temperatur dintre suprafaa interioar i exterioar este mai mare. Forma recipientului are i ea un efect important asupra rezistenei la oc termic, tensiunile fiind mai mari n apropierea mbinrii dintre baz i peretele lateral. Rezistena Ia oc termic se mbuntete prin evitarea unei mbinri prea abrupte ntre baz i peretele lateral i existena unei curburi blnde. Rezistena la oc termic nu poate fi calculat direct deoarece rezistena unui recipient din sticl este mai mare n cazul unui stres momentan dect n cazul unui stres prelungit. De aceea se folosesc teste empirice. ASTM C 149 asigur determinarea rezistenei relative la oc termic a recipientelor comerciale din sticl (butelii i borcane) i intenioneaz s aplice procedeul tuturor tipurilor de recipiente din sticl pentru care este important rezistena la schimbarea brusc a temperaturii cum ar fi la operaiile de splare, pasteurizare, ambalare aseptic la cald sau la trecerea dintr-un mediu mai cald n unul mai rece sau viceversa. Rezistena la spargere se determin prin transferul recipientelor din sticl imersate timp de 5 min n ap fierbinte de 63C ntr-o baie de ap rece de 21C i observnd numrul de spargeri (Robertson, 1993). In tabelul 1 sunt prezentate cteva proprieti termofizice ale sticlei.

Proprietatea Densita tea kg/m3

Capacitatea termic masic

Conductivitate a termic la

Modulul de elasticitate Young Pa 70 x 10b

la 0-100C J/(kg- 0-100C W/(mK) K) 0,698-0,814

Valoarea

2 500

420 - 840

1.5.4. Proprietile optice ale sticlei Sticla nu are structur cristalin astfel c, atunci cnd este omogen i nu este supus la stres este izotrop din punct de vedere optic. Proprietile optice ale sticlei sunt legate de gradul de penetrare a luminii i de efectul ulterior al acestei transmisii care este, la rndul ei, funcie de lungimea de und. Transmisia spectral a sticlei este determinat de reflexia pe suprafaa sticlei i de absorbia

17

optic prin sticl. In cazul sticlei silicice transmisia este limitat de absorbia siliciului la circa 150 nm n UV i la 6000 nm n IR. Impuritile de fier reduc transmisia n UV i IR. Transparena sticlei este un factor important al vnzrii, fcnd posibil vizualizarea produsului coninut. Radiaiile care cad asupra unui ambalaj din sticl se mpart n radiaii reflectate, radiaii absorbite de sticl i transformate n alt form de energie, radiaii transmise care trec prin sticl. Absorbia n vizibil. Se consider c sticla cu o grosime nu prea mare las s treac o mare parte din lumina inciden; astfel sticla incolor cu grosimea de 1 mm las s treac 92% din lumina inciden. Absorbia n ultraviolet. Sticla folosit curent (silico-calco-sodic sau potasic) este foarte puin permeabil ia radiaii ultraviolete; radiaiile cu lungimea de und de 3 500 sunt absorbite complet la grosimi de sticl de 2-3 mm. Permeabilitatea la radiaii ultraviolete este mrit dac n compoziia sticlei intra 0x121 de potasiu, bariu i zinc. Intensificarea absorbiei radiaiilor ultraviolete de ctre sticl, deci reducerea permeabilitii la'acestea 'este realizata de ctre sticla ce conine oxid de cobalt, sulfat de cadmiu i oxid de ceriu, tara a influena prea mult absorbia n vizibil. Absorbia radiaiilor X se face mai bine de ctre sticla cu coninut de Pb i Ba, ea fund 111 funcie de grosimea peretelui recipientului din sticl. Deoarece sticla incolor prezint transmisie att n vizibil ct i n ultraviolet desi transmisia in ultraviolet este redusa pentru ambalarea produselor la care lungimile de unda periculoase sunt in domeniu ultraviolet si inceputul domeniului vizibil(berea) este indicat folosirea sticlei brune (ambra sau chihlimbar).Sticla ambr normal, la o grosime de2mm,exclude practic lumina cu lungime de und mai mic de 450 m. Pentru produsele cosmetice un efect mai plcut este dat de sticla opalescent care n seciune groas mpiedic vizualizarea produsului. Transmisia poate fi controlat prin adaosul de aditivi de colorare cum sunt oxizi metalici, sulfuri i selenide, compuii utilizai mai frecvent i efectele obinute fiind prezentate n tabelul 2.

Efectul Incolor, absoarbe UV Albastru Purpuriu Verde Brun : Ce02, Ti02, Fe203

Oxidul

C03O4, Cu20 + CuO Mn2Os, NiO Cr203, Fe2Os + Cr203 + CuO, V203 MnO, MnO + Fe203 7702 + Fe203, MnO +

18

Ce02 Chihlimbariu (ambr) Na2S Galben Portocaliu (oranj) Rou Negru CdS, Ce02 + Ti02 CdS + Se CdS + Se, Au, Cu, U03, Sb2S3 Co304 (+ oxizi de Mn, Ni, Fe, Cu, Cr)

Majoritatea oxizilor metalici (ex. Co, Ni, Cr, Fe etc.) produc benzi de absorbie nu numai n vizibil ci i n regiunile UV i IR ale spectrului. Prezenta oxizilor de fier n sticl determin o culoare roie proprie benzilor de absorbie din UV i IR. Un recipient rezistent la lumin este cel care permite trecerea a cel mult 10% din radiaia inciden, la orice lungime de und cuprins ntre 290 i 450 nm, printr-o grosime medie a peretelui. Sticla ambr i unele sticle verzi asigur o protecie bun fa de lumin. Materialele sticloase i alte materiale transparente au tendina de a se nchide la culoare i de a pierde capacitatea de transmitere a luminii la bombardarea cu energie radiant ridicat aa cum se ntmpl la iradierea produselor alimentare. Exist dou cauze principale care produc colorarea sticlei: impactul rediaiilor poate dezlocui electroni care rmn n spaiile libere ale structurii tetraednce a sticlei formnd centre de colorare i modificarea, valenei oxizilor metalici bi- sau trivaleni care poate produce creterea absorbiei luminii m domeniul vizibil. Cel de al doilea efect formeaz baza procesului de protecie a sticlelor fa de colorare: un oxid metalic isi modifica valena la bombardare cu energie radiant mult mai repede decat sunt inclui electronii eliberai n compoziia sticlei i, cu condiia ca oxidul fie departe de benzi de absorbie n cazul ambelor valene, se obine protectia faa, de decolorate. Adaosul de Ce02 (redus la Ce 2 O3 de ctre radiaii) n sticla in procente de pan la 1,5% reprezint un mijloc eficient de reducere decolorarii.

1.6 Tipuri de sticlIn funcie de compoziia chimic exist urmtoarele tipuri de sticl: Sticla silicic, cu coninut ridicat de SiO2 are punctul de topire foarte ridicat muta prin topire la temperatur foarte ridicat (1723C) Este rezistenta la acizii slabi concentrai cu excepia acidului fluorhidric (HF) Se utilizeaza pentru apl.caii speciale, incluznd unele sticle de laborator. 19

Sticla calco-sodic reprezint aproape 90% din ntreaga producie global fiind folosit pentru confecionarea recipientelor care nu necesit rezistent termic i durabilitate chimic excepionale. Are un continut mai ridicat n calcar, o elasticitate mrit i este mai puin fragil, fiind folosit pentru confecionarea buteliilor. Sticla boro-silicic se obine prin nlocuirea oxizilor metalelor alcaline cu oxid bone astfel nct s conin circa 6% bor. Este folosit pentru confecionarea recipientelor care se introduc n cuptor cu produsele coninute. Sticla silico-calco-sodic are rezisten chimic mai mic i este folosit pentru confecionarea de pahare i flacoane din sticl. Sticla alumino-silicic conine aluminiu n cantitate mic i este mai rezistent din punct de vedere chimic. Pentru obinerea sticlei colorate se adaug diferite cantitti de oxizi Oxidul de fier confer sticlei o culoare albastr dac se gsete n starea FeO i o culoare galben atunci cnd este sub forma Fe2O3. n realitate cele dou forme se gsesc mpreun, culoarea sticlei variind de la albastru la verde i la galben culoarea verde putnd fi verde-albstruie sau verde-glbuie. In afara oxizilor de fier se cunosc i alte substane care confer diferite culori sticlei de ambalaj. Astfel MnO2 imprim sticlei culoarea galben ntunecat, sticl folosit pentru buteliile de bere. Prezena acestor oxizi nu pune nici un fel de probleme din punct de vedere toxicologic n condiiile utilizrii sticlei .ca material pentru confecionarea ambalajelor pentru produse alimentare. In schimb, la nclzire (sterilizare), sticla poate ceda produsului ambalat cantiti foarte mici de oxizi.In funcie de culoare, sticla se clasific n urmtoarele tipuri: Sticla incolor numit i sticl alb nu trebuie s conin oxizi de fier dect n cantiti nesemnificative, astfel c trebuie s se obin plecnd de la matern prime iipsite de fier. Dac materiile prime (nisipul i calcarul) conin urme de fier, acestea trebuie neutralizate n timpul topirii printr-o operaie suplimentar de decolorare. Aceasta const n adaosul de oxizi de mangan sau de nichel sau seleniu metalic care confer sticlei o culoare roz sau violacee, neutraliznd culoarea verde dat de urmele de oxizi de fier. Sticla incolor conine 0,02-0,8 % oxid de fier. Sticla semialb nu mai poate fi decolorat, astfel c ea conine ntre 0,08-0,15 % oxid de fier. Culoarea sa variaz ntre albastra (butelii pentru ap mineral) i galben (butelii pentru vin alb). Sticla verde deschis i verde nchis, destinat confecionrii buteliilor pentru ampanie conine 0,8-1,2 % respectiv 2-2,5 % oxid de fier. Pentru a se obine culoarea verde cu tent galben se formeaz un complex colorant fier -mangan n care oxizii de fier sunt n echilibru

20

cu oxidul de mangan, predominnd Fe2O3 respectiv MnO2 De mai mult timp acest tip de sticl se obine prin adaosul, n timpul topirii, de sruri sau oxid de crom, care dau o culoare verde smarald. Pentru a masca verdele prea crud obinut astfel, se adaug oxid de nichel. Un alt mod de obinere const n adugarea de combinaii de oxizi de fier, mangan, crom i nichel. Sticla galben nchis (frunze moarte), caracteristic buteliilor pentru vin rou deriv din sticla verde deschis prin adaosul unei cantiti mai mari de oxid de mangan. Sticla brun sau ambr, specific buteliilor pentru bere este obinut tot prin adaos de fier, dar nu sub form de oxizi, ci sub form de sulfuri sau polisulfuri. In tabelul 3 sunt prezentate schematizat culoarea sticlei, agenii care produc i utilizrile diferitelor tipuri de sticl colorat..

Tabelul 3 Culoarea sticlei, agenii de colorare i utilizrile sticlei Culoarea sticlei Incolor (alb) Ageni de colorare 0,02-0,08% Fe203 sau Ce02, Ti02-

Utilizare butelii pentru lapte, sucuri, ap mineral-

borcane pentru conserve de butelii albastre pentru ap

legume i fructe Semialb (albastru galben) verde deschis 0,8-1,2% Fe203 0,08-0,15% Fe203-

mineral-

butelii galbene pentru vin alb

- butelii pentai ampanie, bere, vin

verde

Cr203 , V203 Fe203 + - butelii pentru vin, bere Cr20, + CuO - butelii pentru ampanie - butelii pentru bere, vin rou

verde nchis galben nchis , (chihlimbar) brun, ambr

2-2,5% Fe203 Mn02

MnO MnO + Fe203 Ti02 + Fe2Os MnO + Ce02 polisulfuri

- butelii pentru bere

21

CAPITOLUL II

AMBALAJE DIN STICLADin sticl se pot confeciona diferite ambalaje: baloane, borcane, butelii, damigene, flacoane, tuburi rigide, ambalaje aerosol. n subcap. 1.2.6. sunt date definiiile acestor tipuri de ambalaje dintre care, n continuare sunt prezentate cele mai importante din punct de vedere al ambalrii produselor alimentare: borcanele i buteliile din sticl.

2.1.

Borcane din sticl

Borcanele folosite pentru ambalarea produselor alimentare sunt confecionate din sticla calco-sodic (STAS 11599-88) avnd capacitile nominale cuprin-se ntre 120 - 15 000 ml Pentru ambalarea produselor alimentare conservate prin pasteurizare i/sau sterilizare se folosesc borcane din sticl (STAS 12498-86) produse n trei categorii: obinuite , nalte (fig.1) i triunghiulare (fig.2). Dintre acestea, borcanele obinuite i cele triunghiulare prezint un profil al gurii borcanului corespunztor nchiderii Omnia, respectiv Twist-off, n timp ce borcanele nalte corespund doar sistemului de nchidere Omnia. In afara sistemelor de nchidere Omnia si Twist-off care sunt cele mai raspandite, mai exrst multe altele, ca de exemplu. Keller, White cap, Pry-off, Euro-Cap.

Fig 1. Borcan nalt din sticl

Fig. 2 Borcan triunghiular din sticla

22

2.1.1. Borcane cu nchidere Omnia Borcanele cu nchidere Omnia sunt borcane obinuite, borcane nalte i borcane triunghiulare (n tabelele 4 sunt sunt prezentate caracteristicile dimensionale ale borcanelor Omnia conform figurilor 1 si 2.

Caracteristicile borcanelor nalte cu nchidere Omnia Tabel 4 Capacitatea Tipul nominal, (ral) 0,5 litri 1 litru 500 Diametrul nominal al gurii 48 48 56 mm 72 2 44,3 9 1 + 44,3 2 52,7 D d mm mm 189 1,5 227 + 1,5 120 H h, mm s

h2 mm

h3 mm

Mas

mm a, g 5 400

20

13,5

1000

150

25

13,5

5

550

In sistemul de nchidere Omnia se folosesc capace din tabl de aluminiu. Operaia de nchidere const n ataarea capacului la gtul borcanului prin presarea acestuia la anumite intervale pe periferie i ermeticizarea nchiderii datorit, depresiunii create n interiorul recipientului. O garnitur de cauciuc asigur etanarea nchiderii. Crearea depresiunii n interiorul recipientului i, n consecin, ermeticizarea acestuia se realizeaz astfel: a) pentru produsele care nu se sterilizeaz: n cazul umplerii la rece depresiunea se realizeaz prin: introducerea de abur n spaiul dintre produs i capac eliminndu-se astfel aerul existent, iar

prin condensarea aburului se creeaz depresiunea necesar fixrii capacului la borcan; trecerea borcanelor nchise printr-o camer n care se creeaz depresiune; n cazul umplerii la cald, depresiunea se realizeaz prin nclzirea aerului existent ntre

produs i capac, dilatarea i deci eliminarea parial a lui, iar dup rcire se creeaz depresiunea interioar suficient pentru a asigura fixarea capacului la borcan; depresiunea realizat este funcie de temperatura coninutului n momentul nchiderii i de mrimea spaiului liber din recipient 23

(deasupra produsului). Se recomand ca pentru fiecare 10C diferen ntre temperatura produsului i cea de sterilizare s se lase cel puin 0,6% din volumul recipientului ca spaiu liber. In cazul umplerii la rece se las un spaiu liber de 6% din volumul recipientului; b) pentru produsele care se sterilizeaz, depresiunea se realizeaz chiar n timpul operaiei de sterilizare, cnd, datorit presiunii ridicate din interiorul recipientului, capacul cedeaz i gazele ies afar; dup rcire, datorit depresiunii care se creeaz, capacul este lipit de borcan. Rezult c elementul esenial al unei bune nchideri este planeitatea prii superioare a gtului cu care vine n contact inelul de cauciuc. S-a constatat c limea a a prii superioare) este suficient pentru a asigura o apsare a capacului pe borcan care s nu permit dislocarea lui n timpul manipulrilor sau transportului. 2.1.2. Borcane cu nchidere Twist-off Acest sistem de nchidere se recomand pentru conservarea produselor care nu se consum integral la deschiderea recipientului (gem, dulcea, sosuri, miere de albine etc.) Gtul borcanului este prevzut cu patru nceputuri de filet (fig. 3) sau cu ase nceputuri de filet (fig. 4) care permit ca fixarea capacului s se fac printr-o rotire cu 74, respectiv cu 48. Capacele Twist-off sunt confecionate din tabl cositorit i au pe margine 4-6 proeminene pentru fixare pe filet, etanarea fiind asiguat de-o garnitur de cauciuc interioar.

Fig.3 . Profilul gurii borcanului Twist-off cu filet cu patru inceputuri

24

Fig.4. Profilul gurii borcanului Twist-off cu filet cu sase inceputuri

Derivate i asemntoare cu sistemul de nchidere Twist-off sunt sistemele Press Twist-off (fig. 5 b) i Twist-off Baby Food (fig. 5 c) care realizeaza o etanare sigur chiar n condiii de sterilizare la 120C.

a

b

c

Fig.5. Comparaie ntre sistemele de nchidere: a) Twist-off; b) Press Twist-off; c) Twist-off Baby Food 2.1.3. Borcane cu nchidere Keller Borcanele cu nchidere Keller sunt caracterizate de un profil al gurii cu filet cu dou nceputuri Caracteristicile dimensionale sunt prezentate in tabelul 5 .Capacele Keller sunt confecionate din tabl de aluminiu i prevzute la interior cu o garnitur inelar n vederea etanrii, iar la exterior cu proeminene pentru ntrire i facilitarea formrii filetului. 25

Dimensiunile capacelor i borcanelor Keller Tabel 5. Tip D, mm 68 83 68 83D2

d3 d4 mm d5 d6 Mm mm. mm 67,6 65,6 82,6 80,6

h,

h2

h3 mm 6,75 6,75

h4 mm

mm

mm mm 1,4 5,25 1,4 5,95

57,1 71,1 69 72,2 86,1 84

8,75 8,75

2.1.4.

Borcane cu nchidere White-Cap

Profilul gurii borcanelor este asemntor cu cel folosit la borcanele cu nchidere Omnia .Capacul este confecionat din tabl cositorit i este prevzut cu o bordur oblica la care se fixeaz prin rolare un inel de cauciuc. Prin presarea capacului pe gtul borcanului, inelul de cauciuc etaneaz nchiderea pe partea lateral a profilului. 2.1.5. Borcane cu nchidere Pry-off Borcanele cu nchidere Pry-off sunt destinate ambalrii conservelor pentru copii ntruct acest sistem de nchidere se comport bine la temperaturile nalte necesare la sterilizare.

2.2 . Butelii din sticlButeliile din sticl sunt recipiente cu seciune transversal a corpului de obicei cilindric i mai rar de alt form, cu capacitatea de 25 - 10 000 ml. Pentru produse alimentare se utilizeaz butelii din sticl calcosodic (tabelul 8.11) cu capacitate ntre 100 - 2 000 ml (STAS 1 1598-88) prevzute cu accesorii de nchidere, marcare i sigilare (STAS 5845/9-86). Buteliile din sticla pot fi: butelii de uz general cu capacitate 1000 ml (STAS 2861-85 i STAS 12331-85) butelii pentru vin cu capacitate de 700 i 750 ml tip Rhein de culoare verde (STAS 10192-90) i tip Bordeaux de culoare alb (STAS 10193-90)

26

butelii pentru bere tip Euro de 500 ml, de culoare verde sau brun (STAS 5670-90), tip Caramel de 330 ml, de culoare brun (STAS 5670-90), NRW ambr de 500 ml, tip Naville de 500 ml i 1000 ml, din sticl alb (STAS 10315-82), speciale Stella Artois de 330 i 500 ml de culoare verde nchis i speciale Tuborg de 330 ml i de 500 ml ambr.

2.2.1. Butelii de uz general Printre buteliile de uz general se numr buteliile obinuite cu capacitate nominal de 1000 ml, buteliile tip Euro cu capacitate nominal de 500 ml (i buteliile tip Naville cu capacitate nominal de 500 ml i de 1000 ml. Buteliile de uz general prezint profilul gurii conform STAS 4887-82 pentru nchidere cu capsul coroan i cu dopuri de plut sau material plastic.Notarea buteliei se face prin indicarea denumirii, a capacitii nominale (fr indicarea unitii de msur) i a standardului.

Fig. 6 Butelii de uz general a) b) butelie obinuit cu capacitatea nominal 1000 ml; butelie tip Naville

2.2.2. Butelii pentru vin Pentru ambalarea vinului de mas se folosesc butelii obinuite de 1000 ml, n timp ce vinurile superioare i soiuri se mbuteliaz n butelii speciale Rliein, Bordeaux . Buteliile tip Rhein (STAS 27

10192-90), cu capacitatea nominal de 700 ml, destinate mbutelierii vinului rou se confecioneaz din sticl calcosodic verde. Buteliile tip Bordeaux (STAS 10193-90) cu capacitatea nominal de 700 ml se fabric din sticl calcosodic de obicei incolor (pentru vinuri albe sau roz. Aceste butelii se fabric n dou sortimente (fig 7): conform STAS 4887-86 sortiment B, cu gur pentru nchidere cu dop conform STAS 6337-74

Fig 7.a) cu gur pentru nchidere combinat, b) cu gur pentru nchidere cu dop

3. Proprieti specifice buteliilor din sticlPentru o capacitate dat, dimensiunile buteliilor influeneaz asupra perpen-dicularitii i stabilitii lor. O butelie anormal n ceea ce privete perpendicularitatea nu are stabilitate suficient i produce o funcionare anormal la mainile de mbuteliat i nchis. Perpendicularitatea se exprim prin devierea axei buteliei fa de axa vertical; devierea este diametrul cercului descris de axa buteliei pe' planul orizontal aflat la nlimea ei, atunci cnd butelia se rotete n jurul axei verticale cu 360C. Aceast deviere depinde de nlimea buteliei. De exemplu pentru butelia cu nlimea de 230 mm, devierea admis este de 4 mm.

28

Stabilitatea buteliei influeneaz asupra vitezei admise pentru transportoarele cu plci care leag utilajele seciei de mbuteliere i deci asupra productivitii seciei. Coeficientul de stabilitate este raportul dintre nlime i diametrul buteliei; pentru a avea o stabilitate bun, acest coeficient nu trebuie s depeasc 3,0-3,2. Rezistena buteliilor este evaluat prin prisma ocurilor mecanice, a ocurilor termice i a presiunii interne la care acestea pot fi supuse. ocurile mecanice apar pe ntregul traseu de transport, la alimentare i la scoaterea din maina de splat, la nchidere, la manipulare n depozit. ocul termic ce apare la splarea buteliilor atinge maxim 35C. Presiunea intern apare la pasteurizarea buteliilor nchise umplute cu buturi cu coninut de dioxid de carbon sau a buteliilor umplute cu sucuri de fructe. Metoda de pasteurizare n butelie const n meninerea buteliilor umplute i capsulate la temperaturi cuprinse ntre 58 i 70C timp de aproximativ o jumtate de or. n timpul pasteurizrii n spaiul gol din gtul sticlei se degaj CO2 care se dilat din cauza nclzirii.

29

BIBLIOGRAFIE

Tutoi, Maria, 2000, Materiale de ambalaj si ambalaje pentru produsele alimentare , Editura Alma,

Galati

30