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HOJALATATRANSCRIPT
CORROSION DE ENVASES
DE HOJALATA
LABORATORIO DE ENVASE Y EMBALAJE
P r o f e s o r : I n g . D a r w i n C a s t i l l o
2015
ENVASE Y EMBALAJE DE PRODUCTOS AGROINDUSTRIALES
CORROSIÓN DE ENVASES DE HOJALATA
I. INTRODUCCIÓN
El uso de envases metálicos en diversas industrias está ampliamente
generalizado y las exigencias en cuanto a la calidad de los revestimientos
protectores que se utilizan en el interior de los mismos es cada vez mayor
[1-2]. Esta vida útil está determinada por la interacción entre el producto
envasado y el envase. La parte del envase que contiene el producto suele
ser un sistema múltiple formado por un sustrato metálico, una película
metálica protectora (opcional, usualmente estaño), una película de
conversión y una película polimérica (usualmente un barniz horneable).
La corrosión interna en envases de hojalata durante el almacenamiento,
tiene su origen en la interacción entre el contenedor (bote) y el contenido.
Esto puede dar lugar a dos fenómenos: la disolución o la migración del
estaño en el producto o el mismo efecto con hierro. Aunque que en ciertos
casos, ambos se producen simultáneamente. Las causas y los medios para
prevenir la corrosión son a menudo complejos y pueden desconcertar hasta
a los más expertos.
Por el contrario, la corrosión externa resulta de la interacción entre el
envase y el ambiente. El medio ambiente está conformado por la atmósfera
con sus componentes naturales (oxígeno, humedad) y no naturales
(residuos gaseosos, polvo, rocío salino del mar, etc.). El resultado de esta
interacción, puede aparecer rápidamente, en un par de días e incluso en
unas cuantas horas y se manifiesta en forma de manchas de óxido.
Aunque el contenido del envase no está en peligro por este tipo de
corrosión, se debe admitir que la venta del mismo al por menor y al por
mayor puede está seriamente comprometidas. De la misma manera que se
juzga a las personas por su aspecto, a veces injustamente, un envase
oxidado no inspirará confianza y se asocia a la idea de que ha sobrepasado
su tiempo de vida en los estantes. El contraste con envases contiguos
“sanos”, aumentará esta mala impresión.
II. FUNDAMENTO TEÓRICO
LATAS Y CAJAS DE HOJALATA
Esto es usando el fierro dulce, muchos productos requieren un recubrimiento
para prevenir el ataque al fierro el cual será una laca.
Hay tres tipos básicos de lata, definidas de acuerdo a como se ha producido
el cuerpo. Lata sin terminaciones, cerrado en una esquina y el enrollado.
El entrollado o lata enrrollada, ésta consta de un cuerpo y de una base y de
una tapa que son selladas, la rigidez de este tipo de lata es determinada por
la seguridad en sus junturas y la rigidez provenientes de las paredes que
depende de la forma. las latas enrrolladas pueden ser divididas en latas de
abertura en la parte superior y lata de línea, estos dos tipos son usados en la
industria de alimentos.
La hojalata es un material heterogéneo con una estructura estratificada que,
básicamente, consiste de una delgada chapa de acero recubierta en ambas
caras con estaño y, usualmente, laqueada. A pesar del creciente uso
industrial de latas fabricadas con nuevos materiales alternativos tales como
aluminio y acero cromado, el estaño continúa siendo utilizado en más del
80% de los casos.
Por otra parte, las características del producto en contacto constituyen otro
factor importante en la degradación de la hojalata. Entre ellas, la acidez y el
tipo de ácido que la provoca son, tal vez, las más significativas debido a su
agresividad. Asimismo, la velocidad del proceso corrosivo es afectada por la
viscosidad del producto (si ésta es alta, dificulta la difusión iónica y con ello le
pone un límite a aquélla); por su parte, la presencia de oxígeno y/u otras
sustancias oxidantes, de complejantes como polifosfatos o taninos y la de
nitratos o azufre influyen negativamente ya que lo aceleran (Larburu, 1996;
Zumelzu y Cabezas, 2001; Huang et al., 2006; Toŝković et al., 2002). Por
otra parte, la corrosión externa de envases de hojalata que contienen
productos alimenticios, aunque menos frecuente y comparativamente menos
peligrosa que la corrosión interna, es otro factor que merece ser investigado
ya que los consumidores exigen no sólo productos de calidad sino también
envases con buena apariencia (Montanari et al., 2000).
Los tipos de latas usadas en la industria de alimentos se muestran en el Cuadro: ------------------------------------------------------------- Tipo de lata Capacidad Uso típico Características
------------------------------------------------------------- Latas de 4 oz- Frutas, ver- Fácil de manejar
abertura getales,car- y llenar automá-
nes, pescado ticamente.
Latas key- 1/2 lb-2lb Café, maní, Después que la opening un etc. granos llave es usada
se puede volver
a cerrar.
Latas key- Gran rango Sardinas, Contenido puede opening de tamaños pavo, car- ser removido con
que no se y formas nes proce- un mínimo de daño puede vol- sadas
ver a
cerrar
Latas slip Gran rango Cocoa y Se vuelve a cerrar lid otros pol- en forma simple.
vos secos
---------------------------------------------------------- Fuente: . Principles of Food Science. Part II. Physical principles of Food Preservation Edit.
Fennema, M. (2005).
PERMEABILIDAD A LOS GASES Y VAPORES
Resumen del capítulo: Protective packaging of Food, por Karel, M. Chapter 12. Principles of Food Science. Part II. Physical principles of Food Preservation Edit. Fennema, M. (1975). La protección de los alimentos de los gases y vapores que éstas presentan en el ambiente depende de la integridad del empaque incluyendo el sellado y el cierre; y sobre todo la permeabilidad del material del empaque en sí mismo. Los gases y vapores pueden permearse o atravesar los materiales de los empaques por los microscópicos poros y pequeños orificios o se podrían difundir por medio del mecanismo molecular, conocida como difusión activa. En la difusión activa de los gases se considera que los gases son disueltos en el material del empaque y no en las caras de las superficies para difundirse a través del material del empaque en virtud de la gradiente de concentración y se reevapora en la otra cara del material de empaque. Las consideraciones de cinética y equilibrio que gobierna la transferencia de masa que es aplicable a la deshidratación y al proceso de liofilinización de los alimentos. Los mismos conceptos son aplicados para este caso de transferencia de masa. En particular, para el caso de transporte de gases en una sola dirección (desde la atmósfera dentro del empaque) se aplica la ley de difusión como sigue (Ley de Fick)
III. OBJETIVOS
Evaluar la corrosión de los envases metálicos frente a los ácidos.
IV. MATERIALES Y METODOLOGIA EXPERIMENTAL MATERIALES
Pipetas
Perilla
Vaso precipitado
Envases de hojalata
REACTIVOS
Acido sulfurico (1%,2%,3%)
Acido cítrico (1%,2%,3%)
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
Procedimiento para medir la corrosión en hojalatas de leche gloria.
Se utilizaran 7 envases de hojalata.
Utilizaremos 2 acidos para ser colocados dentro de los envase de hojalata (15 ml en cada lata)
3 latas con ácido cítrico
1% 2% 3%
Se analizarán por 15 días, y se tomaran respectivas fotos cada 48 horas.
Evaluaremos y describiremos:
Daño leve
Daño regular
Daño grave.
3 latas con ácido sulfúrico
1% 3% 2%
Testigo
V. RESULTADOS Y DISCUSIONES
RESULTADOS
Latas sometidas a ácido cítrico
DAÑO =ácido cítrico= Descripción
Daño leve Conserva su matizado intacto, notación de cambio de color por oxidación.
Daño regular Asperezas, pequeñas magulladuras en el matizado de la lata. Cambio de color por oxidación
Daño grave Ralladuras graves acompañadas de oxidación, descascarado de la lata, así como pequeñas perforaciones.
Solución Tiempo
TESTIGO ACIDO CITRICO 1%
ACIDO CITRICO 2%
ACIDO CITRICO 3%
DÍA 1
Daño Daño cero Daño cero Daño cero Daño cero
Solución Tiempo
TESTIGO ACIDO CITRICO 1%
ACIDO CITRICO 2%
ACIDO CITRICO 3%
DÍA 3
Daño Daño leve Daño regular Daño regular Daño grave
Solución Tiempo
TESTIGO ACIDO CITRICO 1%
ACIDO CITRICO 2%
ACIDO CITRICO 3%
DÍA 5
Daño Daño leve Daño regular Daño grave Daño grave
Solución
Tiempo
TESTIGO ACIDO CITRICO 1%
ACIDO CITRICO 2%
ACIDO CITRICO 3%
DÍA 7
:
:
Daño Daño leve Daño regular Daño grave Daño grave
Solución
Tiempo
TESTIGO ACIDO CITRICO 1%
ACIDO CITRICO 2%
ACIDO CITRICO 3%
DÍA 9
Daño Daño regular Daño regular Daño grave Daño grave
Lastas sometidas a ácido sulfúrico
DAÑO=ácido sulfúrico= Descripción
Daño leve Conserva su matizado con pequeños cambios de color debido a la oxidación.
Daño regular Descascarado parcialmente acompañado con porosidades. Cambio de color por la oxidación.
Daño grave Descascarado total aislando el matizado de la lata provocando futuras perforaciones, acompañado con oxidación del perímetro interno de la lata.
Solución Tiempo
TESTIGO ACIDO SULFURICO 1%
ACIDO SULFURICO 2%
ACIDO SULFURICO 3%
DÍA 1
Daño Daño cero Daño cero Daño cero Daño cero
Solución Tiempo
TESTIGO ACIDO SULFURICO 1%
ACIDO SULFURICO 2%
ACIDO SULFURICO 3%
DÍA 3
:
Daño
Daño leve Daño leve Daño regular Daño grave
Solución Tiempo
TESTIGO ACIDO SULFURICO 1%
ACIDO SULFURICO 2%
ACIDO SULFURICO 3%
DÍA 5
Daño Daño leve Daño regular Daño grave Daño grave
Solución Tiempo
TESTIGO ACIDO SULFURICO 1%
ACIDO SULFURICO 2%
ACIDO SULFURICO 3%
DÍA 7
Daño Daño leve Daño regular Daño grave Daño grave
Solución Tiempo
TESTIGO ACIDO SULFURICO 1%
ACIDO SULFURICO 2%
ACIDO SULFURICO 3%
DÍA 9
Daño Daño leve Daño grave Daño grave Daño grave
DISCUSIÓN
Según: Sidney H. Avner; en “Introducción A La Metalúrgica
Física” ACIDO SULFURICO: Es un ácido no oxidante que destruye
rápidamente los metales aún en ausencia de oxígeno. Su máximo
grado de corrosión ocurre a concentraciones de 60 a 70%. A mayor
concentración es menos corrosivo porque se reduce la carga
eléctrica de sus partículas y además porque al reaccionar con los
metales forma sales (sulfatos) que actúan como capas protectoras.
Con el calor la actividad del ácido sulfúrico aumenta
proporcionalmente.
Según: Sidney H. Avner; en “Introducción A La Metalúrgica
Física” ACIDO CLORHIDRICO: Es más activo que el sulfúrico y
ataca la mayoría de los metales y aleaciones comunes, aún en
concentraciones relativamente bajas. Los factores que explican su
alta corrosividad son: las sales que forma al reaccionar con los
metales son muy solubles, tiene poca tendencia a producir sales
insolubles y su ión cloruro es de gran movilidad.
La actividad del ácido clorhídrico aumenta con la aireación,
temperatura elevada e impurezas oxidantes que pueda contener
(cloruro férrico por ejemplo).
Principales factores que afectan la degradación de la hojalata son: 1. La composición del acero base y, en particular, su
contenido de algunos elementos tales como azufre y
fósforo. 2. La aleación Fe/Sn en la interfaz, especialmente su
forma de cristalización y continuidad (Zumelzu y
Cabezas, 2001). 3. La capa de estaño libre, su espesor, uniformidad,
forma de cristalización, continuidad y tamaño de grano
(cuanto menor es este, menor la resistencia a la
corrosión (Palmieri et al., 2004) 4. El pre-tratamiento de pasivación y posterior aplicación
de un recubrimiento orgánico (Doherty y Sykes,
2008).
La corrosión externa de envases de hojalata que contienen productos alimenticios, aunque menos frecuente y comparativamente menos peligrosa que la corrosión interna, es otro factor que merece ser investigado ya que los consumidores exigen no sólo productos de calidad sino también envases con buena apariencia (Montanari et al., 2000).
A nivel toxicológico, una contaminación considerable de alimentos enlatados causada por la disolución del estaño puede derivarse de prácticas de fabricación deficientes o de una conservación prolongada o incorrecta o de ambos. A pesar de que el barnizado de las latas reduce en gran medida el riesgo de corrosión de la hojalata, el uso de
revestimientos barnizados no siempre es viable o rentable (Comité
del Codex sobre Aditivos Alimentarios y Contaminantes de
los Alimentos. FAO) Mecanismos de Corrosión
Con respecto a la superficie interior de hojalata de las latas, existen cuatro mecanismos principales de corrosión: (i) Desestañación normal (ii) Desestañación rápida (iii) Desestañación parcial
(iv) Corrosión por picadura J. Iron and Steel Research Intern.:
13(2), 59-64 (2006).
VI. CONCLUSIONES
A mayor concentración es menos corrosivo porque se reduce la
carga eléctrica de sus partículas y además porque al reaccionar con
los metales forma sales (sulfatos) que actúan como capas
protectoras. Con el calor la actividad del ácido sulfúrico aumenta
proporcionalmente.
La corrosión es un proceso que causa grandes pérdidas en la
industria en general. Cuando se detectan o se tiene conciencia del
daño que ha causado, ya es tarde y atender el problema implica
altos costos no previstos, paros de plantas y tiempos improductivos
de mantenimiento.
La corrosión interna en envases de hojalata durante el
almacenamiento, tiene su origen en la interacción entre el
contenedor (bote) y el contenido. Esto puede dar lugar a dos
fenómenos: la disolución o la migración del estaño en el producto o
el mismo efecto con hierro.
La mayoría de los productos que se envasan normalmente en latas
no revestidas tienen un contenido de ácido relativamente alto.
Además de los aspectos organolépticos, si esos productos se
envasaran en latas revestidas, se modificaría el mecanismo de
corrosión. En el caso de los productos más corrosivos, se traduciría
en una mayor tendencia a la corrosión debajo de la película o en
deslaminación, especialmente para los productos a base de tomate,
y a la corrosión por picadura de la base de acero, con la
consecuencia posterior de posibles roturas por perforación.
Los envases de metal se enfrentan a la fuerte competencia del
vidrio y del plástico. Incluso con innovaciones como las latas con
tapaderas fáciles de abrir por arranque, el aumento de la cuota de
mercado de los recipientes de metal es inferior a la media de los
productos de envasado.
Para evitar reacciones entre la lata y su contenido se necesita
adhesión. Actualmente la adhesión se somete a prueba midiendo la
fuerza necesaria para levantar un revestimiento de barniz seco del
metal en una prueba de separación. Aunque esta prueba permite
identificar con facilidad las películas que no son adecuadas, no hay
garantía de que las que superan la prueba darían resultados
satisfactorios a largo plazo en contacto con determinados
alimentos.
El nivel de estaño depende de un gran número de factores, muchos
de ellos relacionados con variaciones naturales o que aparecen una
vez que la lata ha pasado el control del fabricante
VII. RECOMENDACIONES
Hay que tener en cuenta que la influencia más obvia sobre la
corrosión interna en latas de hojalata sin revestimiento es la química
del producto alimenticio. Si tenemos en cuenta que las frutas, las
hortalizas y los tomates tendrán importantes variaciones naturales
en, por ejemplo, el tipo y la concentración de pH y ácido, según la
variedad, la madurez, la época, el lugar y las condiciones de la
recolección, la química del suelo y las prácticas agrícolas. Estos
factores son difíciles de controlar por el conservero y, a la larga,
pueden influir en el nivel de absorción de estaño por el producto.
Como la corrosión es generadora de la causa grande de pérdidas en
la industria en general. Cuando se detectan o se tiene conciencia del
daño que ha causado, ya es tarde y atender el problema implica
altos costos no previstos, paros de plantas y tiempos improductivos
de mantenimiento se recomienda una evolución constante de la
calidad de las latas antes del embasado y una evolución cuando
está en el almacén después de un tiempo es mejor evaluar la
condición de las latas.
Pensamos que no es la mejor solución un aumento importante de la
masa de revestimiento del estaño, tanto desde el punto de vista
económico como técnico, si los riesgos de la corrosión del envase
debidos a condiciones adversas se pueden controlar y reducir. Sin
embargo, el recurso del barnizado e impresión con tintas, constituye
una solución muy buena.
El almacenamiento de los envases vacíos y llenos debe tener lugar
en almacenes que estén completamente separados de las
instalaciones de la fábrica de conservas. En la fábrica de conservas,
la humedad excesiva prevalece constantemente debido a la limpieza
de los suelos, del vapor de las ollas y autoclaves, mientras que la
humedad ácida está presente en el aire proveniente de la salmuera.
Existen inhibidores de corrosión que pueden ser añadidos al agua de
esterilización o al agua en el equipo de enfriamiento de los envases.
Estos agentes activos se incluyen en las formulaciones comerciales y
de esta manera sus composiciones no son siempre bien conocidas.
No es nuestra intención criticar la utilización de estos productos. Por
el contrario, opinamos que en algunas condiciones especiales, son
útiles.
La mejor solución para evitar o reducir la desestañación de las latas
por alimentos agresivos es el barnizado interno. El uso de barnices
ha permitido ampliar el uso de latas a nuevos productos, incluidos
los productos muy agresivos.
El espesor del recubrimiento afecta en gran medida al rendimiento
de la lata barnizada para alimentos. Los productos no agresivos,
como por ejemplo los albaricoques (damascos) y los frijoles,
requieren un espesor de 4-6µm, mientras que el tomate
concentrado necesita capas de 8-12µm para impedir la interacción
entre la lata y su contenido.
VIII. BIBLIOGRAFIA
Toŝković, D., M.B. Rajković e I. vČirić; Corrosion of tin plate in brine
solutions, Russian J. Appl. Chem.: 75 (11), 1808-1811 (2002).
Zumelzu, E. y C. Cabezas; Desempeño de hojalatas de colada y recocido
continuo en ambientes agresivos, Jornadas SAM-CONAMET-AAS 2001.
Misiones-Argentina. 659-666 (2001).
Palmieri, A., A. Montanari y G. Fasanaro; De-tinning corrosion of cans filled
with tomato products, Corr. Engineer. Sci. and Technol.: 39(3), 198-208
(2004).
Doherty, M. y J.M. Sykes; A quantitative study of blister growth on lacquered
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(2008).
Larburu, J.I.; Revestimientos de Hojalata y TFS, CENIM, Editado por el
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Huang, Q.X., L. Jiang y D. Li; Effect of black plate on corrosion resistance of
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Montanari, A. y otros seis autores; External corrosion of tinplate as affected
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Conserve (Italy): 75(2), 195-202 (2000).