Embalagens metálicas: Folhas metálicas e de alumínio

Embalagens metálicas:

Folhas metálicas e de alumínio

Prof. Germán Ayala Valencia Acondicionamento e Embalagem para Alimentos Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, 2018

Por que utilizar embalagens metálicas?

Conteúdo

• História e avanços das embalagens metálicas.

• Tipos de folhas para elaborar embalagens metálicas (folha de flandres, cromadas, não revestida e de alumínio).

• Vernizes.

História

• Desenvolvidas no começo do século XIX.

• Napoleão (1811). Produção de embalagens metálicas para alimentos (confeccionadas com ferro e estanho).

• Em 1865 apareceram os primeiros recipientes metálicos para conter alimentos (com diferentes capacidades).

• Em 1920 se intensificou a produção de embalagens metálicas para alimentos (vernizes).

Anos 1920-1950 vs. Atualidade...

Anos 1920-1950 vs. Atualidade...

Do ponto de vista tecnológico, as principais inovações que ocorreram foram:

• Evolução dos tipos e formatos das latas.

• Desenvolvimento de sistemas para abertura fácil (rígida, semirrígida, flexível).

• Redução da espessura da folha metálica, sem diminuir sua resistência mecânica da lata (material leve).

• Substituição da solda convencional por agrafagem e eletrossoldagem (toxicidade).

• Melhoria na qualidade de impressão e desenvolvimento de latas embutidas a partir de materiais ferrosos e de alumínio.

Tipo de folhas/aço ou material base

• A folha de aço é o produto fundamental para a fabricação de folhas metálicas (com exceção das folhas de alumínio).

• O aço é essencialmente uma liga de ferro-carbono com pequenas impurezas dos elementos adicionais como Si, Mn, P, S, etc, que fazem variar o tipo de aço.

• Propriedades do aço: resistência ao desgaste, ao impacto, à corrosão. • Processo de produção: redução, refina, laminação e galvanização.

A composição química do aço empregado pode influenciar no comportamento da lata sob o ponto de vista de:

• Resistência à corrosão • Flexibilidade

• Potencial de estampagem

Composição química do aço:

• Carbono: mais maleável, menos carbono.

• Silício (Si): 0,01-0,02%. Muito Si altera as propriedades de estampagem.

• Cobre (Cu): ≤ 0,1% acelera corrosão. • Enxofre (S): acelerador de corrosão.

• Manganês (Mn): 0,30-0,50%. Reage com o enxofre. Muito Mn altera as propriedades térmicas.

• Fósforo (P): ≤ 0,015%, aumenta rigidez e diminui a resistência a corrosão.

Tipos de folhas de aço

• Tipo D: latas destinadas para processos de embutimento (estiramento).

• Tipo L: baixo teor em metaloides e elementos residuais; usado para produtos de elevada corrosividade.

• Tipo MC: aço fosforizado para aumentar a resistência. Destina-se a produtos pouco agressivos.

• Tipo MR: baixo teor em metaloides, menos restritivo em elementos residuais. Mais utilizado para a fabricação da FF (folhas de flandres) convencional e recomendado para aqueles produtos de média corrosividade.

Efeito da tempera nas folhas de aço

Diferentes temperas (T) ou recozimentos do aço.

Temperatura de processo: 1400 – 1500 °C.

Tipos de folhas metálicas

A embalagem metálica pode ser constituída por uma folha de ferro ou não, sendo classificada como:

• Folha de flandres (FF). • Folha cromada (FC).

• Folha não revestida (FNR). • Folha de alumínio (FAL).

Folha de flandres (FF)

A folha de flandres ou tinplate é o material ferroso mais usado na fabricação de latas de conserva. Trata-se de um material heterogêneo de estrutura estratificada, constituída por uma chapa de aço (liga de ferro com baixo teor de carbono), revestida por estanho em ambas as

faces (2,8-11,2 g/m ) e com espessura entre 0,15 e 0,40 mm.2

Folha de flandres

FILME DE ÓLEO _{0,0005 m} 0,02 m 0,08 m 0,07 m 200 m FILME DE PASSIVAÇÃO ESTANHO LIVRE

CAMADA DE LIGA FeSn₂

AÇO BASE

Folha de flandres

Verniz?

Folha de flandres/camada de liga Fe/Sn

A camada de liga, embora delgada, é de fundamental importância, pois, quando mais continua, melhor será a resistência da folha de flandres à corrosão ácida.

Imersão em banho com

estanho fundido (232°C) Eletrodeposição da camada de liga

2

Estanho livre:

• Maior resistência à corrosão.

• Incorporação por eletrodeposição. • Fusão do revestimento (soldagem).

A camada de estanho é expressa em g/m (gramatura) para cada face da folha (?).

Folha de flandres/estanho livre

Folha de flandres/estanho livre

Importante:

• Camada delgada de estanho.

• Quanto mais contínua melhor será a resistência da folha de flandres à corrosão em meios ácidos.

• Recobrimentos de estanho diferem-se entre si de acordo com a agressividade dos diferentes produtos alimentícios.

Folha de flandres/estanho livre

Revestimentos de estanho:

• Igual nas duas faces, designação comercial: letra “E”, de “equal”,

seguida da massa em g/m2_.

• Diferente nas duas faces. Recebe a marcação com a letra “D”, de

“different”, seguida da massa em g/m2_{. Qual fase entrará em contato}

com o alimento?.

• Recobrimento em apenas uma face. Designação comercial: letra “D”

seguida da massa em g/m2_.

• As folhas de flandres com diferente revestimento recebem marcação contínua ao longo da face onde há uma maior deposição de estanho.

Folha de flandres/estanho livre

Folha de flandres/filme de passivação

A superfície estanhada pode ainda receber um tratamento eletroquímico de passivação que consiste na deposição de uma fina camada de cromo metálico e óxido de cromo.

A função é proteger o aço de descontinuidades da camada de estanho metálico. Existem três tratamento de passivação:

Folha de flandres/filme de passivação

Tratamento 314 - filme de cromo e óxidos de cromo complexos,

espessura mínima de 7,5 mg/m2_{. Folha recomendada para}

enlatamento de produtos ricos em compostos sulfurosos.

Sulfuração: as proteínas presentes nos alimentos e que têm enxofre (S)

na sua composição podem se descompor durante o processo de esterilização, produzindo compostos sulfurados, que reagem facilmente com os metais das embalagens, originando compostos escuros.

Folha de flandres/filme de passivação

Alimentos com alto teor de enxofre na sua composição: • Carnes vermelhas.

• Peixes. • Ervilha. • Milho.

Folha de flandres/filme de óleo

As folhas de flandres são recobertas com uma fina camada de óleo, que visa facilitar a separação das embalagens entre si. O óleo utilizado deve ser apropriado para o uso em alimentos. Os mais comuns são:

• Sebacato de dioctila. • Acetil tributil citrato.

A camada de óleo permite minimizar os danos mecânicos causados pela abrasão e facilita a manipulação das folhas de flandres durante a fabricação da lata. A massa do filme de óleo a ser depositada oscila entre 5 e 15 mg/m2_.

Folha cromada (FC)

A folha cromada é um produto laminado, desenvolvido no Japão nos anos 60, e obtido pela deposição de cromo (camada de passivação) sobre a folha de aço com baixo teor de carbono.

Normalmente, o revestimento nominal de cromo e de óxido de cromo

oscilam entre 30 – 140 mg/m2 _{e 7 – 27 mg/m}2 _{, respectivamente.}

FILME DE ÓLEO ÓXIDO DE CROMO CROMO METÁLICO

AÇO BASE CAMADA DE PASSIVAÇÃO

Folha de flandres vs. Folha cromada

Folha de flandres Folha cromada

Maior custo Menor custo

Menor aderência aos vernizes Maior aderência aos vernizes

Aplicações a T < 232 °C Aplicações a T > 232°C

Alta soldabilidade Sem soldabilidade

Maior resistência à corrosão Menor resistência à corrosão

Maior resistência mecânica Menor resistência mecânica

Precisa de pouco envernizante Precisa de muito envernizante

Folha não revestida (FNR)

A folha não revestida é uma lamina de aço, sem qualquer tipo de revestimento, fornecido nas espessuras usuais da folha de flandres ou da folha cromada. Por não possuir qualquer tipo de revestimento superficial e de difícil conservação em condições normais de manuseio e utilização.

A folha não revestida é uma embalagem muito sensível à umidade relativa e temperatura ambiente (corrosão).

Folha não revestida (FNR)

• Vantagem: baixo custo.

• Desvantagens: corrosão, precisa de depositar grandes quantidades de envernizante na superfície do aço.

A legislação brasileira permite o uso de folha não revestida

apenas para produtos

alimentícios desidratados (leite

em pó, farinhas) e óleos

comestíveis, cuja interação com o material de embalagem é praticamente nula.

Folha de alumínio (FAL)

O alumínio é um material de alto custo de produção, não ferroso muito leve, fácil de transformar e com boa resistência à oxidação. É utilizado nas mais variadas formas, como embalagens rígidas (latas), embalagens semirrígidas (formas e bandejas), embalagens flexíveis (sacos e caixas) associados a plástico e/ou papel e folha de alumínio.

Folha de alumínio (FAL)

O alumínio para contato alimentar não é utilizado na sua forma pura, mas na forma de liga, ou seja, com elementos como manganês (Mn), magnésio (Mg), ferro (Fe), silício (Si), cobre (Cu) e cromo (Cr), que melhoram suas características mecânicas e de resistência à corrosão. Na maior parte das aplicações, os recipientes de alumínio são protegidos através da aplicação de uma camada de passivação e de vernizes sanitários ou materiais plásticos (diminuir contato com o alimento).

Folha de alumínio (FAL)/propriedades da liga

Comparação das folhas

Vernizes

Vernizes

O uso dos vernizes permitiu a ampliação da utilização das folhas metálicas.

Função principal: evitar o contato do metal com o produto alimentício, diminuindo a possibilidade de corrosão.

Função secundária: melhora da estética ou aparência da lata.

De forma geral, os vernizes são: • Macromoléculas orgânicas.

• Aplicados em forma de soluções ou dispersões no solvente orgânico. • Reação química entre componentes com formação de película sólida. • Aderência ao suporte metálico.

Características desejáveis:

• Compatibilidade com o alimento (migração). • Flexibilidade, dureza e aderência.

• Resistência a processos de esterilização. • Resistência à acidez e ausência de gosto. • Fator econômico.

O bom desempenho do verniz aplicado está relacionado com: • Espessura da camada aplicada.

• Aderência sobre a folha. • Grau de cozimento.

• Porosidade da camada seca (filme).

A espessura da camada e o tipo de verniz devem ser especificados de acordo com o produto a ser acondicionado e com os processos mecânicos que o material envernizado estará sujeito na fabricação da lata.

Tipos de vernizes

Oleoresinosos

• Mistura de resinas naturais e óleos secativos.

• Adição de solvente volátil melhora a viscosidade. Exemplo: verniz c (baixo custo)

• Pigmentado ou não com compostos de zinco.

• O zinco reage com íons sulfeto presentes em alguns alimentos, produzindo sulfeto de zinco incolor.

• Boa aparência da face interna da lata. • Aplicação para produtos sulfurados.

• Vernizes com zinco não devem ser utilizado para produtos ácidos.

Fenólicos

• Usados como revestimento interno de embalagens para peixes, carnes e vegetais.

• Revestimento externo para proteção contra corrosão atmosférica. Vantagens:

• Boa resistência a ácidos.

• Boa resistência à sulfuração. • Boa resistência térmica.

Desvantagens:

• Baixa aderência.

• Pouca flexibilidade (uso em menores espessuras).

• Tendência a conferir sabor e odor estranhos aos alimentos.

Epoxi-fenólicos

Muito utilizados em vegetais, carnes, e bebidas. Utilizado para revestimento externo e interno em embalagens (muito caro).

Vantagens

• Resistência a ácidos (resina fenólica).

• Boa aderência e flexibilidade (resina epoxi). • Excelente resistência mecânica.

• Boa viscosidade.

• Resistente ao processamento térmico.

• Não conferem sabor e odor estranhos aos produtos. • boa resistência à sulfuração.

Vinílicas

• Soluções derivadas de acetato ou cloreto de vinila. • Produzidos em combinação ou não com resinas.

• Uso como verniz de acabamento para tampas e corpos de latas. • Uso em embalagens para refrigerantes, cervejas, produtos ácidos. Vantagens:

• Boa flexibilidade.

• Não possuem sabor.

• Resistentes a ácidos e bases.

Desvantagens:

• Baixa resistência à sulfuração. • Baixa resistência térmica.

• Fraca adesão sobre a folha de flandres. • Requer aplicação preliminar de verniz

Acrílicos

Utilizado em latas para vegetais, sopas, pratos prontos. Vantagens:

• Boa resistência térmica. • Boa resistência a ácidos.

• Boa resistência à sulfuração. • Alta dureza.

• Boa flexibilidade.

Desvantagens: • Alto custo.

• Pode conferir sabor e odor estranhos para alguns produtos.

Leitura do material 1 e 2.

Conclusões

• Materiais metálicos constituem excelente barreira contra a passagem de luz, umidade e gases. Além disso, as embalagens metálicas oferecem hermeticidade e boas propriedades mecânicas.

• As folhas das embalagens podem ser metálicas (liga de ferro-carbono) ou não (alumínio). A presença de C, Cu, S, Mn, P e Si alteram as propriedades físico-químicas das folhas.

• As folhas metálicas podem ser classificadas como: FF, FC, FNR e FAL (não metálico).

• O verniz evita o contato direto entre o metal e o produto. Os mais importantes são os vernizes Oleoresinosos, fenólicos, epóxi-fenólicos, Vinílicos e acrílicos.

Referências

• Neuza, J. Embalagem para alimentos. Cultura Acadêmica – UNESP, 2013.

• Barão, M.Z. Embalagens ara produtos alimentícios. TECPAR, 2011. • Ortiz et al. Interação de embalagens metálicas com produtos