tiểu luận bao bì kim loại

tiểu luận bao bì kim loại

I SỰ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA BAO BÌ KIM LOẠI:

- Năm 1810, Một người Anh dùng bình sắt tráng thiếc chứa thực phẩm

- Năm 1880, Máy tự động sản xuất bao bì kim loại được giới thiệu lần đầutiên

- Năm 1940, nước giải khát có gas đóng lon được đưa ra thị trường

- Năm 1958, lần đầu tiên lon nhôm được bán

- Năm 1968, Reynolds người tiêu dùng tiên phong tái chế lon nhôm

- Ngày nay, có hơn 600 kích cỡ và kiểu bao bì kim loại khác nhau đang đượcsản xuất, cho phép người tiêu dùng mua hơn 1.500 các loại thực phẩm khácnhau, như là lon được đúc và tạo hình, lon được in nhiều hình ảnh, lon mởđược dễ dàng và đồ hộp có thể hâm trong lò vi ba…

II ĐẶC TÍNH CHUNG:

- Bao bì kim loại chứa đựng bảo quản thực phẩm trong khoảng thời gianrất dài nhằm phục vụ nhu cầu ăn liền cho những vùng xa nơi mà không thểcung cấp thức ăn, không có điều kiện thu hoạch những thực phẩm tươi sống.Bao bì kim loại có thể bảo quản thực phẩm trong thời gian dài từ 2-3 năm,thuận tiện cho việc chuyên chở, phân phối xa vì bao bì nhẹ, cứng vững

- Hiện nay trên thế giới, công nghệ đồ hộp đang ở mức ổn định không pháttriển mạnh, càng ngày người ta càng thích ăn thực phẩm tươi vừa mới chếbiến, bao bì kim loại được sản xuất nhằm giải quyết vấn đề thời vụ, tránh ứđọng và nhằm cung cấp thực phẩm ăn liền, vận chuyển được xa và bảo quảnlâu dài

- Nhìn chung, bao bì kim loại có những ưu và nhược điểm như sau:

•Ưu điểm:

 Nhẹ, thuận tiện vận chuyển

 Đảm bảo được độ kín (thân, nắp, đáy làm cùng một vật liệu)

 Chống ánh sáng tốt

 Chịu nhiệt tốt và khả năng truyền nhiệt cao

 Bề mặt sáng, bóng, đẹp, có thể tráng lớp vecni để bảo vệ lớp inkhông bị trầy xước

•Nhược điểm:

 Dễ bị oxy hóa nếu không tráng lớp vecni

 Không thấy sản phẩm bên trong

 Giá thành sản xuất và đóng gói bao bì khá cao

III PHÂN LOẠI

3.1 Phân loại theo vật liệu bao bì:

- Bao bì thép tráng thiếc (sắt tây): Có thành phần chính là sắt, và các phikim, kim loại khác như carbon hàm lượng ≤ 2,14%, Mn ≤ 0,8%, Si ≤ 0,4%, P

≤ 0,05%, S ≤ 0,05% Hàm lượng carbon chỉ nên ở mức 0,15 – 0,5% vì nếuhàm lượng carbon lớn thép không đạt được tính mềm dẻo mà có tính dòn(điển hình như gang) Để có thể làm bao bì kim loại, yêu cầu hàm lượngcarbon ở khoảng 0,2%

- Bao bì kim loại Al: Al làm bao bì có độ tinh khiết đến 99%, và nhữngthành phần kim loại khác co lẫn trong Al như Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn, Ti

3.2 Phân loại theo công nghệ chế tạo lon:

- Chế tạo lon Al có thể đạt được chiều cao đến 110mm, nếu chế tạobằng vật liệu thép thì không thể theo công nghệ kéo vuốt với chiều caonhư lon nhôm vì thép rất cứng, vững

3.2.2 Lon ba mãnh (Lon ghép):

- Công nghệ chế tạo lon ba mãnh được áp dụng cho vật liệu thép Lon

ba mãnh gồm thân, nắp, đáy được chế tạo riêng biệt sau đó ghép mí lại vớinhau

- Thân, nắp, đáy có độ dày như nhau vì thép rất cứng vững, không mềmdẻo như nhôm, không thể nong vuốt lon có chiều cao như nhôm, chỉ có thểnong vuốt ở chiều cao nhỏ

IV BAO BÌ SẮT TÂY

4.1 Vật liệu thép tráng thiếc:

- Thép có màu xám đen không có độ bóng bề mặt, có thể bị ăn mòn trongmôi trường axit, kiềm Khi được tráng thiếc thì thép có bề mặt sáng bóng.Tuy nhiên thiếc là một kim loại lưỡng tính (giống Al) nên dễ tác dụng vớiaxit, kiềm, do đó ta cần tráng lớp vec-ni (nhựa nhiệt rắn) có tính trơ trongmôi trường axit và kiềm

- Quy trình sản xuất thép khá phức tạp và chi phí cao, bao bì kim loạithép không thể tái sử dụng, đồng thời việc tái chế cũng tốn nhiều chi phí vàcông sức Do đó công nghiệp đồ hộp thực phẩm vẫn còn tồn tại vấn đề ônhiễm

Thép được chế tạo thông qua quy trình sau:

Quặng sắt

Loại tạp chất

Oxi Nhập liệu vào lò luyện thép

- Thép trong chế tạo bao bì thực phẩm cần phải có độ tinh sạch cao, đạtđược độ dẻo dai (C ≤ 0,2 %)

- Độ dày thép để chế tạo bao bì thực phẩm là 0,15 – 0,5 mm, tùy theođặc tính thực phẩm

4.2 Tiêu chuẩn tráng thiếc:

• Thiếc sử dụng phải đạt độ tinh khiết 99,75%

• Thiếc có thể tráng bằng phương pháp nhúng (14-15kg/tấn thép) hoặc

mạ điện (4-5kg/tấn thép)

• Tấm thép sau khi mạ thiếc được phủ lớp dầu bôi trơn DOS (dioetylsebacate) từ 2-5mg/m 2

• Lon chứa đựng thực phẩm có độ tráng thiếc từ 5,6 - 11,2g/m 2

• Lớp thiếc phủ bề mặt thép tạo vẽ mỹ quan cho sản phẩm: bên ngoài vàbên trong hộp đều có màu sáng bạc

− Nhằm bảo vệ lon không bị ăn mòn bởi môi trường thực phẩm

− Vec-ni tráng ngoài lon giúp lớp sơn bên ngoài không bị trầy xước.Lớp vec-ni phải đảm bảo:

• Không gây mùi lạ cho thực phẩm, không gây biến màu thực phẩm đượcchứa đựng

• Không bong tróc khi va chạm cơ học

• Không bị phá hủy bởi các quá trình đun nóng, thanh trùng

• Có độ dẻo cao để trải đều khắp bề mặt được phủ Liều lượng đượctráng lên thép tấm: 3-9g/m2, độ dày 4-12 Sau khi tạo hình thì lon

được tráng bổ sung để khắc phục những chỗ trầy sước biến dạng ở mốighép thân, đáy.

• Độ dày lớp vecni phải đồng đều nhau, không để lộ thiếc qua những lỗ,những vết, sẽ gây ăn mòn thiếc và lớp thép một cách dễ dàng

4.4 Cấu tạo lon 3 mãnh:

Hình 2 Cấu tạo lon ba mãnh (1) , (2) Mối hàn mí phần thân lon; (3) Mối nối; (4) Thép tấm tráng thiếc; (5) Mối hàn mí phần thân và đáy lon; (6) Mối hàn mí phần thân và nắp

lon.

Cấu tạo của một thép tấm tráng thiếc (4) như sau:

Lớp thép nền (5): Lớp thép nền hay nguyên liệu thép tấm dày 0,2 –

0,36mm Thành phần hóa học của lớp thép nền và đặc tính bề mặt ảnhhưởng đến cơ tính và tính chống ăn mòn của bao bì Ngoài ra độ cứng củathép nền cũng ảnh hưởng đến việc chế tạo lon

Lớp hợp kim FeSn 2 (4): Dày khoảng 0,15 Lớp sắt nền sau khi được

tráng thiếc, được xử lý hóa học để thành lớp hợp kim Fe-Sn Tính liên tụccủa lớp hợp kim và độ dày của nó ảnh hưởng tới tính chống ăn mòn củathép nguyên liệu Nếu lớp thiếc bị hòa tan vào thực phẩm thì lớp hợp kim

sẽ trở thành lớp bảo vệ thứ hai

Lớp thiếc (3): Dày khoảng 0,35 Thời gian bảo quản của lon và độ mạthiếc tỷ lệ với nhau: lớp mạ thiếc càng dày thì trên bề mặt thiếc càng ít lỗ,

do đó chống ăn mòn càng tốt

Lớp oxyt (SnO) (2): Dày khoảng 0,002 được tạo ra trong quá trình xử

lý hóa học lớp thiếc mạ bằng dung dịch Na2Cr2O7, có tác dụng bảo vệ lớpthiếc bên trong

Lớp dầu DOS (1): Phủ lên bề mặt thép tấm, dày khoảng 0,002 , nhằm

để bôi trơn và che phủ tránh trầy xước, giúp các thép tấm trượt lên nhau dễdàng trong quá trình vận chuyển, nhập liệu, tạo hình lon

Hình 3 Cấu tạo của một thép tấm tráng

thiếc

4.5 Quy trình công nghệ chế tạo lon ba mãnh (loại nắp thường không gắn khóa đòn bẩy):

4.5.1 Tổng quan về quy trình:

Sắt nguyên liệu

Rửa dầu, sấy khô

Phủ vecni, sấy khô, in nhãn hiệu

Phủ vecni

Sấy

Sản phẩm lon ba mãnh

4.5.2 Chế tạo phần thân lon:

Dựa từ quy trình tổng quan ta có những công đoạn chính sau đây để tạothân lon:

Thép tấm được rửa dầu, sấy, in nhãn hiệu, tráng vecni

Thuyết minh:

In nhãn hiệu và tráng vecni: Một bề mặt của thép tấm được in nhãn hiệu,

sau đó có thể được phủ vecni bảo vệ cả hai bề mặt hoặc chỉ phủ bề mặtkhông in là bề mặt trong đựng thực phẩm hoặc không phủ vecni cả hai mặt,tùy theo yêu cầu sản phẩm việc in được thực hiện hàng loạt nhằm tạo nhãnhiệu cung cấp thông tin cho từng loại sản phẩm, đồng thời lớp vecni chốngoxy hóa từ bên ngoài, tạo nét cho bao bì

Cắt sắt tạo hình thân lon:

Giai đoạn 1: Cắt tấm sắt nguyên liệu thành nhiều tấm nhỏ có chiều rộng làchiều cao lon để tạo thân lon

Giai đoạn 2: Tiếp tục cắt những tấm sắt lần ở giai đoạn 1 thành nhữngmiếng nhỏ có chiều dài bằng chu vi đáy lon

Giai đoạn 3: Sau khi đã cắt ở giai đoạn 2, những tấm sắt nhỏ tiếp tục đượccắt góc và gấp mép để tạo mí thân

Cuộn và hàn mí thân: Được hàn ghép mí theo chiều cao lon, mối hàn phải

đảm bảo độ kín và càng mịn càng tốt vì ngoài việc tạo mối hàn phẳng đẹpcòn tạo cho mối hàn thân lon được chặt khít không có khe hở Có haiphương pháp hàn mí phổ biến là phương pháp cơ học và phương pháp hànđiện

Hình 4 Mặt cắt ngang của các mối ghép mí thân

Sau khi hàn, có thể phủ vecni trong và ngoài mối hàn để tránh bị ăn mòn

Hình 5 Thân được ghép mí

Tách lon: Giai đoạn này chỉ tiến hành khi sản xuất loại lon có chiều cao nhỏ

hơn 9cm, vì ở máy hàn chỉ hàn được những lon có chiều cao lớn hơn Dovậy đối với lon có kích thước nhỏ hơn 9cm thì thực hiện hàn 2 hoặc nhiềulon một lần sau đó tách lon

Loe miệng: Là giai đoạn viền miệng thân lon tạo gờ để chuẩn bị quá trình

Tạo gân: Nhằm tạo độ vững chắc cho bao bì sản phẩm, có thể giảm giá

thành sản phẩm do dùng thép mỏng Nếu không tạo gân tăng cứng thì thép

tấm nguyên liệu cần có độ dày ≥ 0,25mm nhưng nếu có tạo gân thì nguyên

liệu có thể có độ dày thấp hơn, tùy theo trọng lượng thực phẩm đóng hộp,thể tích hộp mà dùng nguyên liệu thép tấm có độ dày thích hợp

Hình 7 Tạo gân phần thân lon

Giai đoạn tạo gân là giai đoạn cuối để hoàn thành phần thân lon

4.5.3 Chế tạo nắp hoặc đáy lon ba mãnh:

Thép tấm được rửa dầu, sấy khô ở 210oC

Cắt sắt tạo nắp hoặc đáy

Dập để tạo gân

Viền

Phun keo đệm kín

Sấy khô (60oC)

Sản phẩm nắp hoặc đáy

Thuyết minh:

Sấy khô đến 210 o C: Thép tấm nguyên liệu sau khi tráng vecni được sấy

khô để làm bốc hơi hoàn toàn dung môi tạo nên lớp nhựa rắn chắc trongsuốt bám dính vào bề mặt thiếc

Cắt sắt, định hình nắp hoặc đáy: Tại đây tấm sắt nguyên liệu được cắt

thành những miếng hình tròn có kích thước được thiết kế sao cho phù hợpvới phần thân lon

Dập để tạo gân: Nhằm tạo tính giãn nở của nắp hoặc đáy theo sự giãn nở

khí trong hộp khi thanh trùng, tiệt trùng sản phẩm Dập để tạo gân và mócnắp hoặc đáy

Hình 8 Nắp hoặc đáy được tạo gân

Viền: Tạo đường cong quanh nắp hoặc đáy để giúp cho việc móc nắp hoặc

đáy vào phần thân trong quá trình ghép mí dễ dàng hơn

Cao su dạngpast

Phun keo đệm kín: Nhằm đảm bảo độ kín hoàn toàn của lon thành phẩm

sau khi đã ghép mí đáy cũng như nắp vào thân lon (giai đoạn ghép mí sẽđược tìm hiểu ở phần sau) Một lớp cao su đàn hồi được phun vào viền nắp

để tạo vòng đệm cho đáy hoặc nắp, sau khi ghép mí đáy và nắp trở nên chặtkhít vào thân lon

Hình 9 Vị trí phun cao su đệm kín

Sấy khô: Đệm cao su ở viền nắp, đáy được sấy khô ở 60oC nhằm làm khôlớp đệm này Đây là giai đoạn cuối cùng để hoàn thành phần nắp, đáy lon

4.5.4 Ghép mí thân, nắp, đáy: dựa vào quy trình tổng quan, sau khi đã chế

tạo phần nắp, đáy và thân lon riêng biệt, ta tiến hành ghép mí chúng để tạosản phẩm lon, hộp ba mảnh hoàn chỉnh

Ghép mí:

- Là giai đoạn quan trọng trong quá trình sản xuất đồ hộp

- Là nguyên nhân tạo ra phế phẩm đồ hộp nếu:

+ Mối ghép thân bị lệch (sai lệch cho phép 2%)

+ Trầy xước lớp vecni khi cuốn và ghép mí thân Do đó phải phủ lạilớp vecni khi hoàn thành xong phần cuốn và ghép mí thân

Hình 10 Mối ghép mí giữa thân hoặc đáy với nắp

a) Thân lon được loe

Hình 11 Quá trình tạo mối ghép giữa thân và đáy hoặc nắp

Khuyết tật của mối ghép mí thân với nắp hoặc đáy:

- Mối ghép có thể bị hư hỏng sai lệch do các nguyên nhân: thân, nắp, đáyđược cắt với kích thước không chính xác, thiếu hoặc thừa tạo nên móc nắphoặc móc thân sai lệch quá ngắn hoặc quá dài

- Máy ghép hoạt động không tốt, không đạt yêu cầu sẽ gây hư hỏng sảnphẩm hàng loạt Móc thân và móc nắp hoặc đáy không móc chặt vào nhauhoặc bị lệch tạo bao bì không kín, tạo điều kiện nước xâm nhập trong quátrình thanh trùng và cả sự xâm nhập của không khí, vi sinh vật – chúng pháttriển sinh khối gây hư hỏng thực phẩm Sự hư hỏng này của bao bì và thựcphẩm có thể được phát hiện do sự rò rỉ nước thực phẩm ra khỏi bao bì khi có

sự đảo lắc lon, hộp hoặc trong thời gian bảo quản, sản phẩm bị lên men thốihay lên men tạo CO2 và ethanol

- Để kiểm tra độ kín của lon sau khi ghép mí, lon được cho vào buồngkhí nén của máy đo chuyên dụng rồi bơm khí nén vào với áp suất thích hợp

và duy trì áp suất, nếu áp suất giảm nghĩa là lon này bị hở phải loại bỏ

Ngâm lon vào bể chứa nước nóng 90 đến 100oC, nếu thấy bọt khí thoát rathì lon này bị hở mối ghép, cần tìm nguyên nhân gây hư mối ghép từ máyghép hay từ kích thước các bộ phận thân, đáy, nắp

c) Ép chặt mí ghép

Hoàn thành lon ba mãnh: Sau khi hoàn thành phần ghép mí, lon được phủ

vecni và sấy Tiếp đến được chuyển đến nhà máy sản xuất thực phẩm đểchiết rót thực phẩm và đóng nắp để hoàn thành sản phẩm

Hình 12 Các loại nắp ghép với thân lon

4.6 Hư hỏng lon sắt tây

4.6.1 Ăn mòn hóa học do bong tróc lớp vec-ni:

4.6.1.1 Môi trường thực phẩm có tính axit (H + ) tạo khí H 2 :

- Lớp vecni bong tróc sẽ tạo sự tiếp xúc của lớp oxyt thiếc với môitrường thực phẩm bên trong có tính axit (H+), xảy ra phản ứng:

Với SnO: 2H+ +SnO = Sn2+ + H2OVới lớp Sn: 2H+ +Sn = Sn2+ + H2

- Thiếc tiếp tục phản ứng với lớp thép phía trong: Sn2+ + Fe = Sn + Fe2+

có thể làm xuất hiện một vài vệt màu xám đen ảnh hưởng đến mặt cảmquan

4.6.2.1 Ăn mòn bởi H 2 S tạo khí H 2 :

- Đối với thực phẩm giàu protein như thịt, cá hoặc loại gia vị tỏi đượcchứa trong bao bì thép tráng thiếc, khi được tiệt trùng thì những protein

có cầu nối di-sulfur sẽ bị biến tính, đứt vỡ liên kết di-sulfur, tạo H2S Nếulớp vecni bị bong tróc để lộ lớp Sn thì sẽ xảy ra phản ứng sau đây làmxuất hiện các vết đen tím gây mất giá trị cảm quan của thực phẩm:

H2S + Sn = SnS + H2 (SnS dạng vảy màu nâu tím)

H2S + Fe = FeS + H2 (FeS dạng vảy màu đen)

4.6.2 Hư hỏng lon sắt tây do vi sinh vật:

- Vi sinh vật gây hiện tượng phồng hộp do khí sinh ra trong sản phẩm đồhộp hoặc từ nguồn nguyên liệu, các công đoạn chế biến …

- Các loại vi khuẩn yếm khí phát triển gây sự lên men thối trên môi trườngthực phẩm giàu đạm

- Các loại nấm mốc phát triển trên môi trường giàu đạm cũng gây mùi khóchịu và các hợp chất độc hại như mecaptan, indol…

- Các loại nấm men phát triển trên môi trường nhiều đường sinh CO2 làmphồng hộp

V BAO BÌ NHÔM

5.1 Đặc điểm:

- Bao bì nhôm có dạng hình trụ tròn, thuộc loại lon hai mảnh: thân dínhliền đáy và nắp Nắp được ghép với thân theo cách ghép mí của lon théptráng thiếc ba mảnh

- Bao bì lon nhôm được chế tạo đặc biệt sử dụng để chứa đựng nước giảikhát có gas, bia, là những loại dung dịch lỏng có tạo áp lực bên trong bao bì

Do nhôm có tính mềm dẻo cao, nếu bao bì nhôm chỉ chứa đựng chất lỏngkhông có áp lực khí thì bao bì không cứng chắc như trường hợp lon thép, dễdàng bị hư hỏng do biến dạng, thủng bởi những va chạm cơ học khi bao bìchứa đựng những loại thức uống có gas, gas tạo áp lực ở trong lon, tạo sự

- Một đặc điểm quan trọng là nhôm chống được tia cực tím do đó ngoàidạng lon, nhôm được dùng ở dạng lá nhôm ghép với các vật liệu khác nhưplastic để bao gói thực phẩm, chống thoát hương, chống tia cực tím

- Nhôm dùng làm bao bì có độ tinh khiết 99-99,8%

- Độ dày lá nhôm làm lon hộp khoảng 320μm

- Lá nhôm thường được dùng bao gói các loại kẹo, chocolate, pho-mat …

do tính mềm dẻo của lá nhôm, lá nhôm có thể áp sát bề mặt các loại thựcphẩm này, ngăn cản sự tiếp xúc với không khí, vi sinh vật, hơi nước…

5.2 Công nghệ chế tạo lon nhôm:

• Công nghệ chế tạo nguyên liệu nhôm:

 Sơ đồ quy trình:

GVHD: Đỗ Vĩnh Long Quặng bauxit Tinh chế Trang 20

 Thuyết minh sơ đồ:

- Hiện nay trên thế giới quy trình sản xuất nhôm được thực hiện theo 3giai đoạn chính đó là: Khai thác bauxite, chế biến alumina và luyện nhôm.Trong đó giai đoạn chế biến alumina và luyện nhôm được thực hiện theo 2quy trình: quy trình Bayer-chế biến bauxite thành alumina và quy trìnhHall-Heroult- điện phân alumina thành nhôm

 Quy trình Bayer

- Đầu tiên bauxite được nghiền và trộn lẫn với hóa chất (natrihydroxit/xô đa, vôi) Sau đó, nó được bơm vào bình chịu áp lực rất lớn

và nước nóng, sau đó thêm hóa chất (vôi để tái sinh xút) được thêm vào,

và alumina ngậm nước được kết tinh từ dung dịch sau khi được tạo mầmvới các tinh thể trihydrat Những tinh thể này sau đó được rửa sạch vànung nóng ở nhiệt độ rất cao để đuổi hết nước cho đến khi được dạng bộtmàu trắng Đây là alumina hoặc nhôm oxide Alumina phải được tinh chếtrước khi có thể sử dụng để điện phân sản xuất ra nhôm kim loại

Cán thành tấm

Cuộn lá nhôm