Domande d'esame di Packaging

Infine, la pre-etichettatura è una tecnica finalizzata a proteggere e a contenere eventuali

frammenti. Viene realizzata applicando su un’ampia superficie del contenitore un’etichetta di PVC,

PP, PET o PS espanso che vengono fatti termoretrarre e aderire al vetro. In questo modo, il vetro

migliora la propria resistenza agli urti; si ha una migliore capacità di contenere eventuali rotture e si

riduce notevolmente il rumore nelle linee di riempimento.

Processi di estrazione e produzione dell'alluminio

In natura, l’alluminio viene estratto dalle cave di bauxite (Al O *nH O), un minerale tipico delle aree

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tropicali e sub-tropicali, costituito per il 50-60% da ossido di alluminio o allumina (Al O ) e che si

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trova sotto forma di argilla granulosa o rocciosa.

L’isolamento dell’alluminio richiede una fase chimica di preparazione dell’allumina, seguita da una

fase elettrochimica di produzione dell’alluminio vero e proprio.

La preparazione dell’allumina avviene mediante il processo chimico Bayer che consiste nella

digestione della bauxite, attraverso il lavaggio con una soluzione di NaOH a 175°C. In tal modo,

l’allumina contenuta nella bauxite si converte in tetraidrossialluminato di sodio Na(Al(OH) ), mentre

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gli altri componenti vengono allontani per filtrazione nel cosiddetto fango rosso. Il bagno idrossilico

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viene poi raffreddato, per far precipitare l’idrossido di alluminio sotto forma di un solido bianco e

vaporoso, e infine calcinato oltre il 1000°C, al fine di eliminare l’umidità e ottenere l’allumina (Al O ).

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A questo punto, l’allumina viene sottoposta al processo elettrolitico di Hall-Heroult che consiste

essenzialmente nella conversione di energia elettrica in energia chimica. In questa fase, l’allumina

viene sottoposta a elettrolisi (riduzione) in un bagno di criolite fusa (Na AlF ) e additivi, che

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abbassano la temperatura di processo a 960-980°C, in presenza di una corrente elettrica con

un’intensità di 50.000-150.000kA per indurre la dissoluzione dell’allumina ad alluminio e

ossigeno. L’intero processo avviene in apposite celle, costituite da vasche rettangolari di acciaio e

mattoni refrattari e sul cui fondo si trova una suola di grafite (carbone) che, essendo collegata al

polo negativo di un generatore di corrente continua, funge da catodo. Al polo positivo del

generatore sono invece collegate tre barre rettangolari di grafite, immerse nel bagno elettrolitico di

criolite fusa e allumina, dove fungono da anodo. In questo modo, la corrente elettrica che attraversa

il fuso mantiene la temperatura di processo per effetto Joule e l’allumina si riduce: l’alluminio si

deposita al catodo sul fondo della vasca, mentre l’ossigeno consuma progressivamente il carbonio

delle barre di grafite, producendo CO e CO per combustione.

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Così facendo, si ottiene l’alluminio primario, diverso dal secondario, quanto quest’ultimo è ottenuto

dal riciclo dei rottami di alluminio.

Caratteristiche funzionali dell'alluminio utili per il packaging alimentare

Dal punto di vista delle caratteristiche funzionali, l’alluminio è un materiale leggero ma resistente

agli urti e alla corrosione (atossico e non altera il gusto e/o l’odore dell’alimento a contatto); è

durevole; è accoppiabile; non è attratto dalle calamite; è igienicamente sicuro, in quanto protegge

dai MO, dalla luce, dall’aria, dall’umidità e dagli odori; è un ottimo conduttore di calore

(conducibilità termica a 25°C pari a 237W/(m*C)) ed è riciclabile al 100%.

Inoltre, tende ad autopassivarsi, ovvero a depositare sulla propria superficie uno strato di ossido di

alluminio (Al2O3) di 1-5nm di spessore che lo protegge dalla corrosione. Tuttavia, questo strato è

troppo sottile, è poroso e disomogeneo: quindi l’alluminio viene sottoposto a un processo

industriale di anodizzazione chimica o elettrochimica, mediante il quale si ottiene uno strato di

ossido spesso 50-200nm, e di fissaggio che riduce quasi del tutto la porosità. Mantenuto a pH=3.5-

8, l’alluminio anodizzato è immune (gli strati di ossidi sono stabili) ed è inerte nel contatto con gli

alimenti. Al contrario, fuori da questo range di pH, gli ossidi si sciolgono esponendo l’alluminio al

rischio di corrosione.

Processo di produzione di film sottili in alluminio

I fogli sottili di alluminio sono impiegati a livello domestico e nei reparti di gastronomia oppure come

materiale accoppiato al cartone, al cartoncino o ai film plastici. Nonostante il loro spessore si molto

ridotto, sono caratterizzati da una permeabilità ai gas, ai vapori e alle radiazioni elettromagnetiche

praticamente nulla.

Un foglio di alluminio può essere ottenuto per calandrature successive a caldo a partire da blocchi

di metallo puro o più comunemente per deposizione continua del metallo fuso su cilindri

raffreddati. Con quest’ultima tecnica, il metallo fuso viene fatto passare attraverso una serie di

cilindri rotanti e raffreddati, la cui distanza viene progressivamente ridotta per ottenere lo

spessore desiderato. Durante queste operazioni, l’alluminio deve essere lubrificato per favorirne

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lo scorrimento sui rulli e frequentemente, per ottenere gli spessori più sottili (<50micron), due fogli

sono uniti insieme tra gli ultimi cilindri e sottoposti insieme alla riduzione di spessore, mediante dei

fluidi lubrificanti e refrigeranti che ne facilitano il distacco. Così si ottengono dei fogli di alluminio

con un lato lucido (a contatto con il cilindro) e un lato opaco.

Descrivere i parametri che possono essere ottenuti da un test meccanico di trazione facendo

riferimento al grafico strain-stress (deformazione-sforzo)

Ottenuto dalla misurazione della sollecitazione e dell’allungamento subiti da un provino durante il

test di trazione, il grafico stress-strain (sforzo-deformazione) riporta in ascissa la deformazione

(strain) e in ordinata lo sforzo (stress).

Da questo grafico, si possono ottenere diversi parametri, quali:

• 2

modulo di elasticità o modulo di Young (N*cm ) è una misura dell’elasticità del provino, data dal

rapporto costante tra lo sforzo e la corrispondente deformazione nel tratto lineare della curva →

più è elevato, maggiore è la rigidità del materiale;

• 2

limite di elasticità o limite di proporzionalità (N*cm ) è la massima sollecitazione che il materiale

può sopportare mantenendo la proporzionalità diretta tra sforzo e deformazione;

• 2

modulo di snervamento (N*cm ) è la pendenza del segmento lineare che unisce l’origine degli assi

con il limite di snervamento;

• 2

limite di snervamento (N*cm ) è la sollecitazione in corrispondenza della quale si ha la prima

significativa inflessione della curva, in cui cioè ad un aumento della deformazione non corrisponde

alcun aumento della sollecitazione e la pendenza si annulla;

• 2

modulo di rottura (N*cm ) è la pendenza del segmento lineare che unisce l’origine degli assi con

il limite di rottura;

• limite di rottura o sollecitazione di rottura è lo sforzo registrato al momento della rottura del

provino;

• allungamento alla rottura o allungamento allo snervamento è l’aumento percentuale di lunghezza

della dimensione originale (deformazione) al momento della rottura del provino;

• 2

resistenza alla trazione o sollecitazione massima (N*cm ) è la massima sollecitazione registrata che

non necessariamente corrisponde alla rottura;

• resilienza o tenacità è l’energia che il provino assorbe prima della rottura ed è data dall’aerea

sottesa dal grafico.

Elencare le tipologie di adesivi usati per la laminazione di materiali multistrato,

delineandone le principali proprietà

La produzione di materiali multistrato meditante laminazione richiede l’uso di adesivi che

consentono di tenere insieme i vari strati di materiali tra loro differenti. In generale, gli adesivi

devono essere polari, per poter formare un legame con il supporto, e fluidi. per poter penetrare nel

supporto. Gli adesivi più impiegati sono gli adesivi a base acquosa, a base solvente o in forma solida

(hot-melt), a cui corrispondono tecniche di laminazione diverse: rispettivamente infatti si hanno

laminazione ad umido, a secco e hot-melt.

Gli adesivi a base acquosa, impiegati solitamente su un supporto cartaceo, sono adesivi all’amido,

alla destrina o alla caseina che, essendo termoindurenti, resistono al calore.

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Gli adesivi a base solvente, come l’etilacetato, sono delle resine solide disciolte in varie

combinazioni di solvente, usate per rivestire e laminare supporti di materiale plastico: vengono

applicati al supporto e subito dopo allontanati con una fase di essiccamento in forno, per lasciare

una superficie su cui applicare il successivo strato per semplice pressione e per evitare difetti

sensoriali, una volta che il materiale laminato sarà contatto con l’alimento. Tuttavia, essendo dei

composti organici volatili, l’uso di questi adesivi è scoraggiato per motivazioni di sicurezza

ambientale e tutela della salute.

Infine, gli adesivi hot-melt sono adesivi in forma solida al 100% che vengono applicati in forma

liquida e bollente: il polimero principale, come può essere l’etilenvinilacetato, viene diluito con una

cera per migliorarne la fluidità (non con un solvente) e una volta depositato indurisce rapidamente,

quando viene sottratto calore. Nonostante siano adatti a molte applicazioni di imballaggio ad alta

velocità, gli adesivi in forma solida richiedono materiali in grado di sopportare le elevate

temperature di fusione della colla stessa e non sono idonei a quei prodotti che dovranno essere

sottoposti ad un trattamento termico.

Descrivere il fenomeno della permeazione

La permeazione è un fenomeno diffusionale ineliminabile che interessa le lacune inter e intra-

molecolari di un polimero plastico integro. Consiste nel passaggio degli aeriformi, quali gas e

vapori, attraverso gli spazi vuoti dei materiali polimerici, solo in presenza di una forza motrice che

può essere rappresenta dal gradiente di concentrazione o di pressione parziale o di temperatura

tra le due facce del materiale. Si tratta quindi di un fenomeno di diffusione attiva che richiede il

superamento dell’energia di attivazione ed che è influenzata in maniera importante dall’interazione

tra la specie permeante e la matrice permeata e dalla forza motrice.

La permeazione avviene in tre fasi successive:

1- adsorbimento: le molecole della specie permeante vengono adsorbite dalla superficie del

materiale, con cui formano dei leg