Cырьё, материалы, способы изготовления упаковочных материалов и тары из металла для мясных консервов
Термин «упаковка» имеет несколько определений и значений:
Упаковка - комплекс, состоящий из тары, упаковочного материала, укупорочных средств и других вспомогательных средств, определяющих потребительские и технологические свойства упаковываемого продукта
Упаковка - процесс упаковывания, т. е. подготовка продукции к транспортированию, хранению, реализации, потреблению
Упаковка - средство или комплекс средств, обеспечивающих защиту продукции от влияния окружающей среды, от повреждений и потерь, и облегчающих процесс обращения (транспортирования, хранения, реализации)
Основные функции упаковки заключаются в следующем:
— предохранять товары от порчи и повреждений;
— обеспечивать создание рациональных единиц груза для транспортировки, погрузки и выгрузки товаров;
— обеспечивать создание рациональных единиц для их складирования;
— обеспечивать создание оптимальных (по весу и объему) единиц для продажи товара;
— быть важным носителем рекламы.
Как видно из перечисленных функций, упаковка играет многоплановую роль, которая становится все более значимой для мирового рынка. Росту значения упаковки способствуют самые разные факторы, в том числе:
1) самообслуживание в торговле - с увеличением числа магазинов самообслуживания упаковка начинает выполнять функции продавца: она должна привлечь внимание к товару, описать его свойства, внушить потребителю уверенность в этом товаре и произвести благоприятное впечатление о товаре в целом;
2) рост доходов населения — увеличение доходов населения означает, что потребители готовы заплатить за удобство, внешний вид, надежность и престижность улучшенной упаковки;
3) образ фирмы и образ марки — товары высокого качества в оригинальной упаковке фирмы создают приверженность потребителей именно к этой фирме, к этой марке;
4) возможность для новаторства — новаторство в упаковке может принести большие выгоды. Например, германская фирма «Бишоф и Кляйн» разработала специальную бумагу с покрытием для медицинских инструментов одноразового использования, которое обеспечивает 100% стерильность и надежность. Высоким спросом пользуется также термоусадочная пленка бельгийской фирмы «Хиши пластик», позволяющая очень быстро покрыть флакон с ЛC. Повреждение пленки будет означать вскрытие, т. е. нарушение целостности упаковки ЛС.
Вместе с тем стоит обратить внимание и на некоторые негативные стороны упаковки:
1) совершенствование упаковки приводит к росту цен на товары, встречаются случаи, когда упаковка стоит больше, чем товар;
2) на упаковку расходуются дефицитные ресурсы, в частности бумага, алюминий, стекло, что также приводит к увеличению стоимости товара;
3) загрязнение окружающей среды, т.е. экологические аспекты упаковки. Так, например, около 40% всех твердых отходов в США приходится на долю выброшенной упаковки. Это создает большие проблемы с ее уничтожением, требующим затрат труда и энергии, что приводит к загрязнению биосферы.
Иногда в погоне за ростом сбыта фирмы могут на упаковке указать неправильную информацию, вводящую в заблуждение потребителей. Такие приемы считаются недобросовестной конкуренцией. В США в 1966 г. конгресс принял закон о приведении достоверной информации о товаре на упаковке и в маркировке. В нашей стране такие требования закреплены в федеральном законодательстве и ведомственных нормативных документах.
1 Сырье для производства металлической тары
Материалами, используемыми для производства металлической тары, являются стальные и алюминиевые сплавы.
Сталь получают из железосодержащих руд путем выплавки в мартеновских или конверторных печах, а специальные марки — в электроплавильных печах. Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, содержание которого составляет от 0,06 до 2,14%, также содержатся примеси марганца, кремния, фосфора, серы, кислорода, азота, водорода в долях процента и каждая из них придает особые свойства сплаву. Сталь выпускают различных марок и назначения. Сплав с большим количеством углерода называют чугун.
Углеродистой сталь названа по основному элементу — углероду, сильно влияющему на структуру и свойства. Его количество в них не более 1,35%. С увеличением его содержания возрастают твердость, прочность, упругость стали и снижаются пластичность, относительное удлинение. В зависимости от степени раскисления сталь подразделяют на кипящую (кп), полуспокойную (пс) и спокойную (сп). Раскисление — это введение в сплав добавок металлов, которые снижают содержание кислорода в сплаве.
Конструкционные углеродистые стали содержат углерод в небольшом количестве (0,06-0,85 %), обладают высокой пластичностью, хорошо обрабатываются давлением.
Жесть тонколистовая углеродистая сталь с покрытием или без него. Исходным материалом для производства жести служит горячекатаный листовой прокат толщиной 2-2,4 мм из низкоуглеродистой стали марок 08 кп и 08 пс, раскисленный алюминием или кремнием. Выпускают белую и черную жесть. Белую жесть чаще используют в производстве тары для пищевых продуктов. Черную жесть лакируют, хромируют, цинкуют, никелируют, покрывают алюминием и используют для производства различных видов тары, но применение ее ограничено по гигиеническим характеристикам.
Белая жесть — тонколистовая углеродистая сталь, покрытая с обеих сторон слоем олова. Олово — серебристо-белый металл, который обладает низкой температурой плавления (232 °С), высокой пластичностью и мягкостью. Олово 99,9% чистоты является безопасным, так как содержание свинца в нем не превышает 0,1%, а реально составляет 0,05%. Олово устойчиво к действию холодной и горячей воды, органических кислот, очень медленно растворяется в разбавленных минеральных кислотах и растворах щелочей и не образует токсичных соединений с пищевыми продуктами. Около 90% всей производимой белой жести идет на изготовление тары для консервов.
Белая жесть имеет ровную, блестящую поверхность и химически устойчива из-за высокой устойчивости олова. Белая жесть имеет название «луженая жесть», поскольку основной технологией ее получения является метод горячего лужения — нанесение олова на лист стали из расплава. В настоящее время применяют в основном метод электролитического лужения. Тонкий слой олова наносят на стальной лист из электролитов в гальванической ванне электрохимическим методом. Электролитическое лужение — наиболее производительный и экономный способ, поскольку при правильном подборе компонентов и параметров ванны (плотность тока, концентрация электролита, время нанесения и пр.) удается получить прочное, равномерное покрытие, но меньшей толщины, чем при горячем лужении. Небольшое количество белой жести горячего лужения производят в основном для производства упаковки продукции длительного хранения.
Хромированную жесть используют для увеличения ассортимента металлической тары, так как олово стало дорогостоящим металлом, и по причине уменьшения запасов в месторождениях стали использовать лакированные хром, алюминий, никель.
Хромированная жесть имеет голубовато-белый цвет металлического хрома. Хром имеет плотность, близкую к плотности железа, устойчив к окислению кислородом воздуха и стоек к действию воды, но растворяется в разбавленных кислотах. Металлический хром малотоксичен и обладает высокой коррозионной стойкостью, поэтому применяется для хромирования металлических поверхностей. Хромовое покрытие более дешевое, чем оловянное, и хром не является дефицитным металлом.
Хромированную жесть выпускают лакированной с обеих сторон. Использование хромированной жести без дополнительного защитного слоя невозможно, так как это покрытие более жесткое по сравнению с оловом и является абразивным, что приводит к более быстрому износу оборудования для производства банок. Защитные свойства хрома по отношению к железу в хромированной жести ниже, чем у олова в луженой жести. Хромированная жесть сравнительно быстро растворяется в кислых средах с выделением водорода. Недостатком хромированной жести является сложность закатывания банок с высокой скоростью.
В связи с этим хромированную жесть используют для производства кронен-пробок, крышек для закатки стеклянных банок, банок под сыпучие пищевые продукты, а также для консервирования, для производства банок под лакокрасочные материалы, сыпучие товары бытовой химии, в производстве комбинированной тары.
Черная жесть применяется для производства кронен-пробок для укупоривания бутылок, однако ее не используют для упаковывания пищевых продуктов, а чаще используют при производстве потребительской тары для непродовольственных товаров. Покрывают лаковыми покрытиями для защиты от коррозии и применяют в ограниченном ассортименте вследствие низких эстетических свойств и более высокой степени подверженности коррозии.
Оцинкованная жесть (оцинкованная сталь) применяется для производства потребительской и транспортной тары для непродовольственных товаров. Цинк — светло-серый легкоплавкий (419 °С) металл, устойчив к атмосферным воздействиям благодаря образованию защитной оксидной пленки. Цинк применяют для получения защитных покрытий на стальных изделиях. Качественное цинковое покрытие имеет характерный морозный узор из кристаллов цинка.
Цинковые покрытия не выдерживают воздействия горячей воды, пищевых, минеральных кислот и щелочей. Соединения цинка токсичны, поэтому на изделия, предназначенные для контакта с пищевыми продуктами, цинковые покрытия не наносят.
Алюминий — основной компонент алюминиевых сплавов. Алюминий получают из бокситовых руд электролизом расплава соленых соединений в присутствии криолита, снижающего температуру плавления. Алюминий имеет низкую плотность (2200 кг/м3), он очень пластичный и мягкий. Известно, что на поверхности алюминия образуется тонкая, прочная оксидная пленка, что обеспечивает ему стойкость к атмосферным воздействиям, влиянию органических кислот, щелочей, аммиака и т. д. Стоимость алюминия в 3~4 раза выше жести, однако алюминий легче, так что удельная стоимость единицы массы продукции сопоставима.
Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий подразделяют на деформируемые — Д (получаемые методами пластической деформации, например, банки, тубы, баллоны) и литейные — JI (изготовляемые литьем, например, обручи для фляг).
Деформируемые алюминиевые сплавы классифицируют на упрочняемые и неупрочняемые с помощью термообработки. Упрочняемыми деформируемыми сплавами алюминия являются дуралюмины марок д1 и д2 (цифры показывают номер сплава). Основной легирующий элемент данных сплавов — медь (3,8-4,8%); в сплаве содержатся также магний (0,4-2,3%), марганец (0,4-0,8%). Легирующие элементы придают дуралюминам твердость, прочность и некоторую пластичность. Эти свойства закрепляются при термообработке. Для коррозионной стойкости листы из дуралюмина подвергают плакировке, т. е. покрывают слоем чистого алюминия с последующим нагревом и прокаткой.
К деформируемым алюминиевым сплавам, неупрочняемым термической обработкой, относятся сплавы алюминия с марганцем и магнием марок АМц (марганца до 1,8 %) и AMrl — АМг6 (цифры показывают среднее содержание магния). Эти сплавы отличаются повышенной устойчивостью к механическим нагрузкам, коррозии. Для упрочнения поверхности сплава проводят нагар-товку (отбивку).
Литейные алюминиевые сплавы обладают хорошей жидко-текучестью, малой усадкой, пористостью. Большинство марок этих сплавов расшифровываются так: АЛ (цифра) — алюминий литейный; цифра означает порядковый номер сплава, химический состав которого регламентируется ГОСТом. Наиболее широко используют алюминиевые литейные сплавы I группы с кремнием (силумины). Силумины не подвергают термической обработке, их прочность повышают путем добавления модификаторов. В сплавах для изделий, контактирующих с пищевыми продуктами, содержание свинца не должно превышать 0,15%, цинка — 0,3%, мышьяка — 0,015%, примесь бериллия не допускается.
Алюминий хорошо прокатывается в тонкую фольгу, которая применяется для производства полужесткой металлической упаковки и комбинированных материалов. Толщина алюминиевой фольги составляет от 10 до 200 мкм. При калибровании (прокатке через последнюю пару валов) прокатывают сдвоенные полосы фольги, поэтому внутренняя сторона их слегка матовая, а внешняя — с зеркальным блеском, но их свойства идентичны. Очень тонкая фольга имеет микроразрывы или трещины, эти отверстия делают ее проницаемой для паров воды и кислорода, поэтому требуется специальная обработка лаком. Литейные и деформируемые алюминиевые сплавы используют для производства тары как потребительской, так и транспортной («молочные» фляги).
2 Производство металлической тары
Рассмотрим производство металлической тары. Для того чтобы ее получить, необходимо получить сырье (металл).
Производство белой листовой жести. Технологический процесс включает следующие стадии обработки:
• холодная прокатка углеродистой стали;
• электролитическая очистка поверхности для удаления неровностей, окисленного слоя;
• отжиг;
• обезжиривание и подготовка полосы к основному процессу — лужению;
• электролитическое лужение;
• нарезка на листовые заготовки.
Толщина слоя олова определяет срок годности банки, поскольку при нарушении целостности покрытия в процессе производства или при хранении упакованного продукта, содержащего воду, соли и т. п. В этих местах жесть начинает быстро ржаветь в присутствии влаги из-за возникновения гальванической пары олово-железо (электрохимическая коррозия). Поэтому чем толще слой олова, тем больше продолжительность его защитного действия.
При производстве полуфабриката листового или рулонного материала для производства банок покрытие принято делить по толщине на три класса: I класс — 2,8 г/м2, II класс — 5,6 г/м2, III класс — 11,2 г/м2 с каждой из сторон листа. Толщина покрытия III класса достигает 1,5 мкм. При горячем способе лужения средний расход олова составляет 20 г/м2, а средняя толщина слоя 3 мкм (колебания 1,6-5 мкм). Толщина стального листа составляет около 200-250 мкм (0,20-0,25 мм).
Жесть с покрытием III класса практически не производится из-за большого расхода олова. Наиболее часто используется белая жесть марки ЭЖК II класса. Для увеличения ее коррозионной стойкости применяют дополнительное лакирование поверхности олова, а также другие приемы.
Повышение коррозионной стойкости белой жести заключается в следующих технологических операциях:
• пассивирование, т. е. получение тонкой оксидной пленки толщиной 1-2 мм на поверхности олова. Для этого поверхность жести электролитического лужения обрабатывают окислителями
в специальных ваннах. Пассивирование способствует повышению устойчивости олова к сероводороду, выделяющегося из продукта при стерилизации мяса, рыбы, некоторых овощей;
• нанесение масляной пленки снижает трение и, следовательно, вероятность повреждения олова при обработке металла. Вместо растительного масла сейчас используют органические синтетические эфиры с низким коэффициентом трения;
• лакирование поверхности осуществляют полимерными смолами (эпоксиды, акрилаты). Слой лака защищает олово от повреждения. Наибольшее применение находит эпоксифенольный лак, который разрешен для контакта с пищевыми продуктами. Тонкая пленка высохшего (за счет химической реакции отвердения) лака является инертной и не переходит в раствор. Консервную ленту покрывают также фенольно-масляными лаками, белково-устойчивыми эмалями и др.
Важную роль в повышении стойкости оловянного покрытия играет уменьшение пористости покрытия. Скорость коррозии снизилась, если бы удалось получить плотное, непористое покрытие. Недостатком является то, что покрытие олова на белой жести всегда получается пористым. Чем тоньше слой олова, тем больше вероятность получения системы сообщающихся пор, которые открывают путь для проникновения влаги внутрь покрытия, к поверхности стали. В более толстых слоях (например, 4-5 мкм) олова горячего лужения вероятнее, что поры перекрывают друг друга, и такая жесть лучше защищает слой железа от окисления.
Производство жестяных банок. Различают литографированные и нелитографированные банки, укупоренные двойным закаточным швом. Технологический процесс проходит на двух параллельных линиях — производство корпуса и крышки и (или) донышка. Изготовление донышек и крышек аналогично для всех типов банок Стадии производства корпуса различают в зависимости от типа банки В сборной («трёхчастной») банке формируется продольный шов на корпусе.
Производство банок I типа. Листовая жесть разрезается на заготовки — бланки. Из штабеля банки по одному проходят узел насечки. В узле формообразования заготовка принимает цилиндрическую форму заданного диаметра, а продольный шов отбортовывается.
В зависимости от технологии соединение шва производится способом сварки или пайки.
Специальный калибрующий венец оформляет нахлест краев заготовки, чтобы подготовить ее к сварке. После сварки корпус банки поступает на установку, где на внутреннюю и наружную поверхности сварного шва наносят лак и сушат его. Затем корпус отбортовывают и соединяют в фальц с предварительно подготовленным донышком, затем закатывают двойным швом. После формирования банки ее контролируют на герметичность. Негерметичные банки выбраковывают.
Производство цельных банок II типа проще. Листовой или рулонный материал поступает на пресс, где производится глубокая вытяжка металла, затем механическая вырубка и отбортовка горловины; лакирование внутренней поверхности и отвердение лака.
Производство концов, т. е. донышек и крышек, происходит по-разному, в зависимости от того, имеют они устройство для облегчения вскрывания (легковскрываемые крышки) или нет.
Если донышки и крышки однотипны (для обычных сборных банок), их изготовление одинаково. Лист поступает в зону штампа, и производится штамповка-вырубка одновременно нескольких заготовок. Отштампованные крышки (донышки) передаются по транспортеру для подвивки и гумитирования, т. е. введения в фальц крышки уплотнительной, герметизирующей пасты. Затем пасту подсушивают в туннельной печи. Донышки для сборных банок направляют на соединение с корпусом Крышки переводят в вертикальное положение и направляют на упаковку.
При изготовлении банок для консервов применяют следующие материалы:
• жесть холоднокатаная белая, листовая или рулонная марок ЭЖК, ЭЖК-Д и ГЖК;
• жесть белая холоднокатаная горячего лужения в рулонах;
• жесть белая листовая лакированная (по нормативной документации);
• жесть белая листовая и рулонная (по НД);
• жесть белая листовая литографированная (по НД);
• жесть, хромированная лакированная марки ХЛЖК;
• алюминиевая лакированная лента или листы (по НД);
• припой оловянно-свинцовый с номинальным содержанием олова 40 %;
• уплотнительные пасты (по НД);
• материал лакокрасочный шовный (по НД).
Стальные бочки производят двумя способами: сварным и закатным. Это означает, что соединение доньев с корпусом выполняют либо методом сварки, либо механическим способом — закаткой. Бочки производят двух типов: тип I — с несъемными доньями и тип II — со съемным верхним дном. Бочки должны быть устойчивыми к внутренней среде, поэтому обязательным требованием является непроницаемость швов.
2.1 Производство металлических банок для мясных консервов
Металлические банки в качестве упаковочного средства для мясных консервов все активнее теснятся стеклянными банками и полимерными материалами. Однако, собираясь в поход, в экспедицию, приобретая продукт для заведомо длительного хранения, мы покупаем тушенку именно в металлической банке, зная, что, во-первых, точно довезем ее до места назначения и, во-вторых, что вкус продукта останется прежним.
2.2 Производство мясных консервов и металлических банок
Металлические банки сохраняют за собой как за средством упаковки и хранения продукции мясной промышленности по четное первое место. Полимерные материалы для упаковки различных консервов еще не нашли широкого применения.
Данные Госкомстата России (см. табл. 1) показывают динамику производства различной консервированной продукции с 1995 по 2000 гг. Основные показатели характеризуются небольшим, но устойчивым ростом. Это касается мясных и мясорастительных, молочных, фруктовых консервов, соков. Нестабильностью развития, некоторой скачкообразностью характеризуется сектор производства консервов рыбных и из морепродуктов, овощных консервов. Резкое снижение производительности характерно для томатных консервов, а резкое увеличение — для натуральных и, в частности, фруктовых соков и детских консервов.
Таблица 1 - Производство основных видов продукции пищевой промышленности за 5 лет (1995-2000 гг.) Млн. усл. Б