Packaging, (Processi della tecn. alimentare con elementi di packaging, MODULO 2)

I

- Ferro e zolfo: per il vetro AMBRA, marrone

a  del  vetro  derivano  dall’organizzazione  amorfa  dei  suoi  

inerzia  chimic

sparenza  ed  

Le  doti  di  tra

- Ossidi di cobalto: per il vetro BLU prime

materie

delle

vetrificazione

di

processo

il

attraverso

raggiunta

viene

che

costituenti

Le doti di trasparenza ed inerzia chimica del vetro derivano dall’organizzazione amorfa dei suoi

cristallina.

natura

di

e

inorganiche

costituenti che viene raggiunta attraverso il processo di vetrificazione delle materie prime

inorganiche e di natura cristallina.

Il vetro di tipo commerciale viene prodotto in FORNI DI FUSIONE. Il processo dal punto di vista

FUSIONE.

DI

FORNI

in

prodotto

viene

commerciale

tipo

di

vetro

Il

energetico è molto dispendioso.

PRIME

MATERIE PONTE

ACCENSIONE

DI

PORTE AFFINAGGIO

DI

ZONE FOREHEARTH DI

BOCCA

ESTRAZIONE

TRANCIATRICI

GOLA CADERE

FATTO

VIENE

BOLO

IL BOTTIGLIE

FORMA

MACCHINA

NELLA

Le materie prime premiscelate vengono inserite, in modo continuo, da una estremità del forno,

mentre le fiamme, che escono da porte di accensione dislocate lungo le pareti del forno, oppure in

testa, vengono direzionate sulla superficie del vetro. Le materie prime fondono a formare il vetro ad

una temperatura di circa 1510°C o più e il processo è accompagnato dal rilascio di anidride

carbonica proveniente dalla scomposizione dei carbonati.

I gas della combustione vengono fatti passare attraverso degli scambiatori che sono usati per

riscaldare l’aria o l’ossigeno freddi provenienti dall’esterno e per raffreddare i gas di scarto.

Alle alte temperature si formano anche ossidi di azoto, dannosi per l’ambiente. Alcuni forni recenti

©Toppi Simone – Vietata la Vendita, e la Riproduzione senza il consenso dell’autore! 21

Packaging – Prof.ssa Sara Limbo!

impiegano ossigeno invece di aria (fonte di azoto), eliminando una fonte di inquinamento e

riducendo la quantità di energia richiesta alla produzione. I gas liberati e le correnti di convenzione

servono a mescolare ed omogeneizzare il vetro.

Il vetro fuso passa sotto un ponte che trattiene le scorie e il materiale non fuso che galleggia sulla

superficie del vetro. Successivamente è inviato alla zona di affinaggio dove avviene l’eliminazione

del gas che si è prodotto.

Nella zona del “foreheart” la profondità della massa di vetro fuso passa da 15 cm a 5 cm circa e la

temperatura viene ridotta a 1200-1300°C. In questa fase è possibile l’aggiunta dei coloranti.

Il livello del vetro fuso alla bocca di estrazione è di circa 4 metri al di sopra del piano per la

fabbricazione delle bottiglie. Il vetro fuso viene lasciato cadere per gravità attraverso fori o scivoli e

tranciato in boli che vengono fatti cadere direttamente nella macchina forma bottiglie (vedi figura

slide precedente).

Le funzioni degli ingredienti

- Vetrificanti: SiO , B O , P O partecipano alla costituzione del reticolo (in sabbie e minerali silicei)

2 2 3 2 5

- Fondenti: carbonati e ossidi di Na, K, Li abbassano la temperatura di fusione

- Stabilizzanti: carbonati e ossidi di Ca, Mg, Ba, Zn, Pb, Al riducono la tendenza alla

devetrificazione

- Affinanti: quelli a base di nitrati favoriscono l’eliminazione della CO

2

- Il vetro è un materiale riciclabile al 100% e per innumerevoli volte. Utilizzando

Rottame di vetro:

100 kg di rottame di vetro, ovvero di frammenti vetrosi, si ricavano ben 100 kg di prodotto nuovo,

mentre occorrono 120 kg di materie prime vergini per avere 100 kg di prodotto nuovo. A tali

vantaggi vanno aggiunti anche i benefici ambientali ed economici derivanti dalla minore quantità

di energia utilizzata nella fusione. E’ importante sapere che per produrre nuovo vetro, utilizzando il

o. IL VETRO. Le caratteristiche

10% di rottame di vetro, si registra una riduzione del 2,5% di combustibile impiegato. Inoltre, con

l’inserimento dei cocci di vetro nella pasta di vetro, si riducono anche le emissioni in atmosfera

e connesse all’attività produttiva. Infatti le minori temperature di fusione del rottame vitreo implicano

la riduzione del volume dei fumi di combustione, delle emissioni di ossidi di azoto, polveri e

in  campo  elastico  dando  luogo  alla  “frattura  

anidride carbonica. Per concludere, un impiego dell’80% di frammenti vetrosi porta a

iche  non  vengono  assorbite  ma  si  propagano  

un’economia energetica del 20%.

ateriale a dispetto della forza notevole del legame

Le caratteristiche meccaniche Materiale fragile, si rompe in campo elastico dando luogo

Sforzo (stress)

(stress) alla “frattura fragile”. Le sollecitazioni meccaniche non

Materiale

Materiale vengono assorbite ma si propagano fratturando

metallico

metallico intensivamente il materiale a dispetto della forza notevole

Vetro

Vetro del legame silicio-ossigeno. La sua sensibilità agli sforzi

Materia

Materiale Materia

Materiale

eriali plastica

cellulosico plastica

cellulosico tensili (di trazione) sono amplificati da difetti e

discontinuità delle superfici che si manifestano, in

particolare, nelle fasi di raffreddamento.

Le caratteristiche termiche

Deformazione (strain) Quando un oggetto di vetro viene rapidamente

raffreddato, sulla sua superficie esterna si manifestano sollecitazioni tensili che sono compensate

Deformazione (strain)

da equivalenti sollecitazioni compressive sulla faccia interna più calda (Fig. a sx); al contrario,

nsili (di trazione) sono amplificati da difetti e da

quando è riscaldato bruscamente le sollecitazioni esterne sono compressive e quelle interne tensili

si manifestano, in particolare, durante le fasi di

(Fig. a dx).Queste sollecitazioni sono transitorie e si esauriscono raggiunto l’equilibrio termico tra i

vari punti. Caldo Caldo

Freddo Freddo Freddo

Caldo

©Toppi Simone – Vietata la Vendita, e la Riproduzione senza il consenso dell’autore! 22

Packaging – Prof.ssa Sara Limbo!

Il vetro (come tutti i materiali) è più sensibile alle sollecitazioni tensili e quindi il raffreddamento risulta

più pericoloso per l’integrità del contenitore. Per verificarne la resistenza, normalmente i contenitori

sono testati per la capacità di sopportare bruschi raffreddamenti immergendoli in acqua fredda a

21°C dopo una sosta di 5 min a 63°C.

Le caratteristiche ottiche

Il vetro incolore è un materiale trasparente nella regione visibile (380-750 nm).

Ciò significa che più del 90% della luce incidente viene trasmessa attraverso il vetro e solo un 10%

viene assorbita e riflessa dal materiale. Nei vetri a base di silicati, la trasmissione è limitata solo a

150 nm nella regione UV e a 6000 nm nella regione IR (infrarossa): ciò è dovuto all’assorbimento

della silice a quelle lunghezze d’onda.

La trasmissione può essere ridotta e controllata attraverso l’addizione di additivi coloranti come

ossidi metallici, sulfiti, e altri composti riportati in tabella. La maggior parte degli ossidi di metallo

(cobalto, nickel, cromo, ferro..) danno origine a bande di assorbimento non solo nella regione del

visibile ma anche in quelle UV e IR.

L’idoneità alimentare del vetro

Il vetro, come tutti i materiali di confezionamento deve rispondere a requisiti di IDONEITA’

ALIMENTARE. In genere il vetro ha una notevolissima inerzia chimica (solo l’acido fluoridrico e

soluzioni alcaline possono degradarlo significativamente) ma anch’esso è soggetto ad interazioni

con i prodotti cui viene in contatto.

- Il sodio presente nel reticolo amorfo NON è legato fortemente alla struttura e può essere rilasciato

se il vetro è soggetto ad attacco ACIDO (scambio ionico tra idrogeno ed ioni alcalini (Na, K) che

corrisponde a uno scambio ionico tra idrogeno e ioni alcalini (Na, K):

Na+ (vetro) + H2O → H+ (vetro) + NaOH

La velocità di quest’attacco, che comporta la rimozione degli alcali dagli strati superficiali del vetro,

è influenzata dalle caratteristiche di diffusione degli ioni alcalini.

- Più pericoloso è l’attacco ALCALINO perché comporta la rottura del reticolo e quindi rilascia

silicati ed è accelerato dalla temperatura.

L’esposizione a soluzioni basiche fortemente concentrate produce la dissoluzione del vetro a causa

della rottura dei legami a ponte Si–O–Si. Lo ione OH–, infatti, interagisce proprio con i reticoli di

silice: Si-O-Si + OH

- → Si-O + OH-Si .

Possiamo dividere in tre categorie il vetro che può andare a contatto con gli alimenti:

- Vetro A: vetro borosilicato e vetro sodico calcico, incolore o colorato.

- Vetro B: vetro sodico calcico anche opacizzato.

- Vetro C: vetro al piombo.

I contenitori in vetro (vasetti, barattoli, bottiglie, flaconi, ecc.) si producono attraverso due tecniche

non molto differenti tra loro:

- la tecnica soffio-soffio

- la tecnica presso-soffio

Entrambe le tecniche prevedono l’uso di due stampi, ossia di componenti tenuti insieme a formare

la camera chiusa nella quale si forma il contenitore: uno stampo FORMATORE che dà la forma

iniziale o “parison”. Tale stampo forma l’anello, l’imboccatura (la parte che riceve la chiusura) e un

corpo della bottiglia parzialmente formato; e uno stampo FINITORE nel quale si produce la forma

finita.

Lo STAMPO FORMATORE è costituito da due metà che combaciano a formare il corpo principale

del contenitore. Il fondo delle due metà dello stampo, contro cui si forma il fondo del contenitore è

chiuso da una piastra di colata.

L’anello del collare, che forma la parte filettata del contenitore, è incorporato allo stampo formatore.

La precisione nel fare aderire le due metà dell’anello del collare è molto importante, dal momento

che ogni giunto di separazione che dovesse sporgere potrebbe interferire con la corretta chiusura

e sigillatura.I contenitori di vetro prodotti con i due tipi di processo differiscono solamente nel modo

©Toppi Simone – Vietata la Vendita, e la Riproduzione senza il consenso dell’autore! 23

Packaging – Prof.ssa Sara Limbo!

di formare il parison. Il processo SOFFIO-SOFFIO viene usato per le bottiglie a imboccatura stretta,

mentre il processo PRESSO-SOFFIO viene usato per la fabbricazione di vasetti a imboccatura

larga. Recenti migliorie alla tecnica hanno consentito