terça-feira, 7 de outubro de 2003

Embalagens de Metálicas

Materiais utilizados na confecção de latas:
- AÇO
Produzido por aquecimento e fusão de minério de ferro e carvão mineral (fonte de carbono).
Após a obtenção da liga a mesma é laminada a quente para produção da folha.
Processos mais recentes de laminação a frio permitem a produção de folhas mais finas com a mesma resistência mecânica.
Composição do Aço
Dada principalmente pela presença de impurezas na matéria prima;
Essas impurezas conferem:
- as características de ductilidade/rigidez;
- resistência à corrosão.
Composição do Aço
Composição média do aço base (em %)
Carbono - 0,06 - 0,15
Manganês - 0,30 - 0,50
Enxofre - 0,015 - 0,40
Fósforo - 0,015 - 0,14
Silício - 0,01 - 0,02

Composição do aço
Carbono:
- influencia principalmente a ductilidade/rigidez;
- teores muito altos geram aço rígido, difícil de ser estampado;
- teores abaixo de 0,06% geram material muito dúctil, que pode se romper durante a estampagem.
Enxofre:
- impureza proveniente principalmente do carvão mineral;
- forma compostos de baixo ponto de fusão com o ferro, dificultando os processos de laminação a quente.
Manganês:
- usado como aditivo para neutralizar os teores de enxofre do produto – aumenta o custo da produção do aço.
Silício:
- tem ponto de fusão mais alto que o minério de ferro – dificulta a formação da liga, a laminação a quente e confere baixa estampabilidade ao produto final.
Fósforo: é a principal impureza em aço para embalagens pois influencia diretamente a resistência à corrosão, limitando o uso do material.
Em virtude disso, os tipos de aço usados na confecção de embalagens são classificados de acordo com seu teor de fósforo.
Dureza do aço
.A dureza do aço é determinada pela composição e pelos processos de laminação.
.Esta propriedade é avaliada por testes de deformação ou penetração e tabelada, de acordo com os resultados, em dois tipos de escala: Rockwell 30T (para deformação) e Rockwell 15T (para penetração.

Tipos de folhas de aço usadas em embalagem para alimentos
Folha Não-Revestida (FNR);
Folha de Flandres (FL) ou Folha Estanhada;
Folha Cromada (FC).

Folha Não-Revestida (FNR)
- É a matéria básica para produção das outras folhas;
- Altamente susceptível à oxidação, inclusive atmosférica, deve receber oleamento nas duas faces para permitir o transporte e armazenamento;
- Uso condicionado à aplicação de verniz nas duas faces da folha; apresenta ainda as seguintes limitações de uso:
Só a Solda termoplástica – a FNR não permite outro tipo de agrafagem;
Totalmente contra-indicada para alimentos ácidos ou com teores elevados de enxofre.

Folha de Flandres (FL) ou Folha Estanhada
Folha de aço, revestida em ambas as faces por uma fina camada de estanho e óxidos de cromo, que lhe confere alta resistência à corrosão.
É o material mais utilizado na produção de embalagens metálicas para alimentos.
- Estanhagem
Pelo processo “coke” - consistia na imersão da folha em estanho fundido.
Este processo gerava folhas com camadas muito espessas de estanho, o que aumentava enormemente o custo do produto.
- Deposição eletrolítica que consiste em, através da passagem de corrente elétrica, provocar a formação de cargas negativas sobre a folha de aço que atraem o estanho, proveniente de barras deste metal, carregadas positivamente (Sn²+);
Este processo permite a formação de camadas muito finas de estanho, possibilitando ainda a deposição controlada do metal em cada face da folha de aço (revestimento diferencial);
Isto garante uma enorme economia de estanho e conseqüente redução dos custos de produção.
- Refusão ou Fusão de revestimento
A folha de aço recebe um tratamento térmico (temperatura ligeiramente superior a de fusão do estanho) que provoca a formação de uma camada de liga (FeSn2), intermediária às camadas de aço (interna) e de estanho (externa).
Confere brilho à superfície metálica;
Barrar a corrente de corrosão da pilha Fe-Sn, que se
forma em meio ácido;
Quanto mais contínua for a camada desta liga, melhor
será a resistência da folha à corrosão.
- Passivação
Consiste na deposição de cromo metálico e/ou óxidos de cromo complexos sobre a camada de estanho.
Este processo tem por objetivo proteger o estanho livre de oxidação atmosférica¹ ou provocada pelo alimento².
¹ A corrosão atmosférica é causada pela umidade do ar (quanto maiores a UR% e a temperatura, maior a corrosão).
Ela provoca a formação de óxidos de estanho na superfície da folha que:
- reduzem a soldabilidade do material;
- dificultam a aderência de tintas e vernizes;
- além de provocar o aparecimento de manchas que dão ao produto um
aspecto envelhecido.
²Além da corrosão (perda de massa) da parede da lata, causada pela interação do alimento com o material metálico.
Outras reações indesejadas podem ocorrer pelo contato do estanho ou do ferro com o alimento.

Passivação
1)Sulfuração ou marmorização:
- surgimento de manchas escuras na parede interna da lata;
- é comum em alimentos ricos em enxofre - este elemento permeia o verniz da lata e reage com o estanho, formando um composto de cor violeta.
- quando a reação é mais profunda e o enxofre ataca o ferro da embalagem, há formação de manchas negras.
2)Estufamento da lata por liberação de H2
Folha de Flandres (FL) ou Folha Estanhada
Passivação
OBS: Alimentos ricos em enxofre (S):
Alimentos protéicos que sofreram tratamento térmico drástico – liberação de amino ácidos sulfurados e formação de pontes dissulfeto;
Couve-flor, cebola, alho e repolho;
Vegetais tratados com sulfito – para evitar escurecimento enzimático;
Açúcar refinado – resíduos de S do processo de refino;
Resíduos de agrotóxicos.
A presença da camada de cromo (passivação), em conjunto com o uso de vernizes adequados, evita reações da lata com o enxofre.
Folha de Flandres (FL) ou Folha Estanhada
Oleamento
A última etapa do processo de produção de Folhas de
Flandres é o oleamento. Consiste na aplicação de 1g de
óleo mineral por cada 100m² de folha, com o objetivo de:
- evitar a abrasão da folha e
- de facilitar sua manipulação em altas velocidades, durante o processo de fabricação das latas.

Folha de Flandres
Etapas de produção de Folhas de Flandres
- Introdução da bobina de Folha Não Revestida
- Eletrodeposição
- Refusão
- Passivação
- Oleamento

Tipos de Folhas de Flandres
Espessura
a) folha simples redução: formada por laminação a quente, sofre apenas uma laminação a frio: espessura entre 0,19 e 0,38mm;
b) folha dupla redução: sofre duas laminações a frio.
Etapa de recozimento que dá têmpera ao material,
Assegurar as características mecânicas e de superfície
desejadas.
A redução na espessura (entre 0,15 e 0,28mm) é
compensada pelo aumento na dureza e na rigidez.
Estanhagem
a) revestimento igual: mesma espessura da camada de estanho em ambas as faces da lata. Usada para folhas que vão sofrer passivação;
b) revestimento diferencial: recebem maior espessura de estanho na face interna da lata do que na face externa;
c) folha tipo K: processo patenteado de revestimento e refusão que promove a formação de uma camada de liga (Fe-Sn) mais uniforme ao longo da folha. Latas fabricadas com folha do tipo K dispensam o uso de vernizes.

Tipos de Folhas de Flandres
a) folhas não passivadas: usadas para produtos com baixo teor de enxofre;
b) tratamento 311: recebem de 3 a 10 mg de Cr/m² de folha,com predominância de óxidos de cromo. Usadas para produtos pouco sulfurosos com pH abaixo de 4,5;
Passivação
c) Tratamento 314: recebem de 8 a 20mg de Cr/m² de folha, com predominância de cromo metálico. Dispensam o uso de vernizes e são indicadas para produtos com altos teores de enxofre;
d) Folha Stancrom:
- Recebe uma menor camada de estanho e uma camada espessa de cromo, apresentando dificuldades de soldagem.
- Para compensar esta falha, o estanho não é refundido, deixando uma maior quantidade deste metal para participar do processo de soldagem.
- Mesmo assim, soldas brancas e elétricas são pouco recomendadas, sendo mais utilizada a solda termoplástica, o que limita seu uso.

Folha Cromada
Desenvolvida no Japão, na década de 60,
Substituir a Folha de Flandres, evitando o uso de estanho e utilizando apenas revestimento de cromo metálico e óxidos de cromo.
Pode ser fabricada na mesma linha de produção da folha estanhada. Há dois tipos básicos de folha cromada:
Super-can ou folha TFS1
Hi-Top ou folha TFS2
Super-can ou folha TFS1: O revestimento é feito me duas etapas:
primeiro o cromo metálico e os óxidos de cromo superficiais são adicionados em seguida.
Hi-Top ou folha TFS2: neste processo o revestimento é feito em apenas uma etapa.
Em geral, a camada de cromo metálico (interna) corresponde a 50-90mg de Cr/m² de folha e a de óxidos de cromo a 6-18mg (em Cr)/m² de folha.
Folha Cromada
.As folhas cromadas apresentam melhor aderência a tintas e vernizes;
.Menor susceptibilidade à corrosão atmosférica que as folhas de Flandres;
. São mais resistentes a sulfuração e possibilitam a cura dos vernizes a temperaturas mais altas (o Cr tem ponto de fusão muito mais alto que o Sn).
.O cromo confere maior dureza à folha, causando alto
desgaste no maquinário de fabricação das latas.
Folhas cromadas têm baixa resistência à corrosão por
produtos ácidos e depende do uso de solda termoplástica.
Este tipo de folha é usado principalmente:
- na confecção de latas de 2 peças para produtos cárneos e pescado;
- para alimentos com altos teores de enxofre;
- na produção de latas retangulares para óleos comestíveis.

Alumínio
Obtido por fusão da bauxita: minério de alumínio composto por óxidos de alumínio (principalmente Al2O3), com pequenas proporções de ferro,silício e titânio.
Após a fusão o metal é obtido com pureza de 99,5% e ponto de fusão de 660ºC.
Para produção de embalagens o alumínio deve receber a adição de manganês, silício, cromo, magnésio e zinco, que proporcionam maior consistência e rigidez ao material.
O alumínio é um metal muito leve e dúctil, excelente para a fabricação de latas, cuja rigidez pode ser aumentada por corrugação (estampagem para formação de anéis de rigidez).
Permite ainda a fabricação de tampas do tipo “easyopen”.
Folha de alumínio (F Al): obtida por sucessivos processos de laminação a frio (com auxílio de óleo mineral):
Lâminas: com espessura superior a 6351 nm;
Chapas: com espessura entre 151 e 6351 nm;
Folhas: com espessura entre 5 e 151 nm.
Após cada operação de laminação, o material pode ou não
sofrer recozimento, o que proporciona diferentes graus de
têmpera para diversas aplicações.
Em folhas com espessura muito pequena é comum o aparecimento de microfuros.
Este tipo de folha é, em geral, recoberta com filme plástico que proporciona maior proteção do alimento e possibilita fechamento por termosoldagem (ex: tampa de embalagem de iogurte).
Chapas e lâminas de alumínio são usadas na produção de latas de 2 peças, por sua alta ductilidade e pela dificuldade de soldagem (não admite solda branca nem
elétrica).
A camada de óxidos que se forma na superfície metálica garante boa resistência à corrosão atmosférica e do alimento e boa aderência a tintas e vernizes (estes
necessários para alimentos muito ácidos).
Folhas de alumínio são usadas principalmente na produção de materiais compostos, com filmes plásticos,papel ou ambos.
Embora tenha excelentes propriedades de barreira (a luz, vapor d’água e gases) e seja um notável material de embalagem (não absorve odores, gordura e é resistente a sulfuração), o alumínio é pouco aplicado para embalagem de alimentos devido ao seu alto custo de obtenção.
Atualmente estão sendo desenvolvidas técnicas de aplicação do alumínio em pó sobre suportes plásticos e
celulósicos, para maior economia de material e possibilidade de difusão de embalagens aluminizadas.

Tipos de embalagens metálicas
Lata de 3 peças com costura lateral ou Lata sanitária
.Confeccionada com 3 partes diferentes: corpo, tampa e fundo, o que permite o uso de diferentes materiais e espessuras de folha para cada parte garantindo otimização de custos e adequação da embalagem.
.É a embalagem metálica mais usada no acondicionamento de alimentos por ser a de menor preço final e a de mais simples fabricação, em equipamentos de alta velocidade (em torno de 1000 latas/minuto).
.A tampa e o fundo são produzidos por corte e estampagem.
.Por sofrerem grande pressão durante o tratamento térmico (autoclavagem) devem ser confeccionados de material mais espesso
e rígido e conter anéis de expansão, que aliviam a carga sobre as regiões de agrafagem e de recravação.
.O material do corpo, que em geral é mais fino e menos rígido, pode sofrer corrugação para que os anéis de rigidez confiram maior resistência mecânica à lata.
Agrafagem

Costura lateral do corpo da lata que pode ser feita por meio de:
- uma liga de estanho e chumbo (solda branca);
- por fusão com fio de cobre (solda elétrica);
- com uso de vedantes poliméricos (solda termoplástica).

Agrafagem
A agrafagem é um dos pontos críticos da lata sanitária pois pode apresentaros seguintes problemas:
Encaixe mal feito das áreas de agrafagem: quando há aquecimento para solda, o verniz exposto neste ponto é cozido em excesso e perde sua capacidade protetiva, acelerando a corrosão;
Soldagem mal feita: surgimento de microfuros que permitem a entrada de microrganismos e o contato do ar atmosférico com o interior da lata. Causa deterioração do alimento e corrosão da embalagem;
Migração de metal pesado (chumbo ou cobre) da solda para o alimento:
metais tóxicos que podem tornar o alimento impróprio para consumo.
Partes da lata sanitária

Solda Branca
Liga de estanho e chumbo
Algumas ligas metálicas, como as ligas de estanho e chumbo, possuem a propriedade de, em uma dada faixa de temperatura, se apresentarem em estado semilíquido.
Neste estado (entre o líquido e o sólido) a liga é mole e moldável, porém não escorre como um líquido.
Estas características tornam este tipo de liga excelentes materiais para solda:
- se moldam às superfícies de agrafagem, sem fluir,
- vedam todo o espaço livre
- por resfriamento, se solidificam, mantendo a costura,sem perigo de escorrer para o interior da embalagem,contaminando o produto.
- A liga comercial mais utilizada para a agrafagem de latas sanitárias contém 2% de estanho e 98% de chumbo.
- É mais barata e de mais fácil aplicação e controle que as ligas mais ricas em estanho, mas atinge o estado semilíquido em temperaturas muito altas, o que aumenta os custos operacionais.
- Sua principal vantagem é o seu desempenho durante as operações de flangeamento e recravação da lata, apresentando alta resistência aos esforços envolvidos nestas etapas da fabricação.
- Este tipo de solda não se aplica a folhas cromadas, folhas não revestidas ou folhas de alumínio, pois os teores de estanho presentes são insuficientes para formação da liga correta.
Os problemas mais comuns em soldas de estanho e chumbo estão relacionados à presença de impurezas na matéria prima. Os principais contaminantes são:
Zinco: altera as propriedades de escoamento da solda;
Alumínio: aumenta muito a temperatura de trabalho;
Antimônio: gera soldas quebradiças após a solidificação;
Cobre: forma Cu3Sn, um composto granuloso que impede a adesão da solda e a torna quebradiça.

Solda Elétrica
É feita com o auxílio de um fio de cobre, que é colocado entre as folhas de metal e pelo qual passa uma corrente elétrica de alta ciclagem (mais de 1000Hz), gerando calor para a fusão dos metais.
Pela passagem da corrente forma-se um complexo do estanho da folha com o cobre, unindo as duas pontas do corpo da lata.
Por dispensar dobramento, ou seja, ser feita por simples sobreposição das folhas, a solda elétrica dá um melhor acabamento à lata, com melhor aparência e ótima aceitação pelo consumidor.
Sua maior vantagem está na reduzida possibilidade de
contaminação do alimento com o metal pesado da solda.

Solda Termoplástica
.Usa, como vedante de agrafagem, cimentos termoplásticos que são polímeros à base de borracha.
.Este tipo de solda é aplicado a folhas cromadas e não revestidas, cuja composição impede o uso de outros tipos de solda, entretanto, latas agrafadas com solda termoplástica não devem ser submetidas a tratamento térmico pois a temperatura de autoclavagem é suficiente para liquefazer o vedante.
Vantagens da Lata Sanitária
Grande aproveitamento do material (bobina de folha metálica);
Uso de equipamentos simples e de baixo custo;
Possibilidade de uso de materiais com diferentes espessuras;
Alta produtividade (1000 latas/min.)

Desvantagens da Lata Sanitária
Necessidade de costura lateral – ponto crítico da embalagem e possibilidade de contaminação do produto com o material de solda;
Lata de 2 Peças Obtidas por Estampagem
São latas de pouca profundidade, retangulares ou cilíndricas, usadas para acondicionar pescado (atum e sardinha – uso de FL ou FC) e doces em massa (goiabada, marrom glacê – uso de FL).
As tampas são iguais as das latas sanitárias. A estampagem é alcançada pelo uso de prensa hidráulica ou mecânica.

Principais Vantagens da lata de 2 peças
Não possuem agrafagem: o único ponto crítico da embalagem é a recravação da tampa;
Não há uso de solda: possibilita o uso de folhas cromadas (mais baratas que as estanhadas) e não há migração do material de solda;
Possibilita a produção de embalagens retangulares que acomodam melhor produtos de pescado.

Principais Desvantagens da lata de 2 peças

Baixa produtividade (cerca de 50 a 60 latas/min.);
Maior perda de material (folha metálica);
Uso de vernizes internos limitado pela flexibilidade (para suportar a estampagem);
Maior custo de produção: maquinário mais caro e de manutenção mais freqüente;
Latas retangulares apresentam dificuldades de recravação que podem levar a contaminação do produto.

Latas de 2 peças obtidas por estampagem e repuxo (ou
alisamento) Método “drawning & ironing”

Processo mais recente desenvolvido para latas de cerveja e refrigerante. Pode ser aplicado a folhas flandres e de alumínio.
Obtém-se latas de duas peças com grande profundidade (comprimento até 3x o diâmetro).

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