Tài liệu Bài tiểu luận bao bì kim loại

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ BAO BÌ VÀ ĐÓNG GÓI THỰC PHẨM --- --- TIỂU LUẬN Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: (Lớp 10CDTP1) Đỗ Vĩnh Long Lý Quốc Nhựt – 3005100541 Nguyễn Thị Kim Thu – 3005100729 Dương Thị Bích Trâm – 3005100801 Nguyễn Hải Triều – 3005100837 Ngày 25/05/2012 Bao bì kim loại – Nhóm 9 ĐẶT VẤN ĐỀ GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 2 Bao bì kim loại – Nhóm 9 MỤC LỤC GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 3 Bao bì kim loại – Nhóm 9 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 đầu tiên. - 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 được sản xuất, cho phép người tiêu dùng mua hơn 1.500 các loại thực phẩm khác nhau, như là lon được đúc và tạo hình, lon được in nhiều hình ảnh, lon mở được 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 gian rất dài nhằm phục vụ nhu cầu ăn liền cho những vùng xa nơi mà không thể cung 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 phát triển mạnh, càng ngày người ta càng thích ăn thực phẩm tươi vừa mới chế biến, bao bì kim loại được sản xuất nhằm giải quyết vấn đề thời vụ, tránh ứ đọng và nhằm cung cấp thực phẩm ăn liền, vận chuyển được xa và bảo quản lâu 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 GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 4 Bao bì kim loại – Nhóm 9  Bề mặt sáng, bóng, đẹp, có thể tráng lớp vecni để bảo vệ lớp in không 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 phi kim, 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 nếu hàm 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 lượng carbon ở khoảng 0,2%. - Bao bì kim loại Al: Al làm bao bì có độ tinh khiết đến 99%, và những thành 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: 3.2.1. Lon hai mãnh: - Lon hai mãnh gồm thân dính liền với đáy, nắp rời được ghép mí với thân (giống ghép mí nắp lon ba mãnh). Vật liệu chế tạo lon hai mãnh phải có tính mềm dẻo cao, đó chính là nhôm (Al). Hộp, lon hai mãnh được chế tạo theo công nghệ kéo vuốt tạo nên thân rất mỏng so với bề dày đáy, nên dễ bị đâm thủng, móp, biến dạng khi va chạm cơ học. Lon hai mãnh là loại thích hợp chứa các thức uống có gas (khí CO2)vì tạo áp suất đối kháng bên trong. - Chế tạo lon Al có thể đạt được chiều cao đến 110mm, nếu chế tạo bằng vật liệu thép thì không thể theo công nghệ kéo vuốt với chiều cao như lon nhôm vì thép rất cứng, vững. GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 5 Bao bì kim loại – Nhóm 9 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 với nhau. - Thân, nắp, đáy có độ dày như nhau vì thép rất cứng vững, không mềm dẻo như nhôm, không thể nong vuốt lon có chiều cao như nhôm, chỉ có thể nong 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 trong môi 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 với axit, kiềm, do đó ta cần tráng lớp vec-ni (nhựa nhiệt rắn) có tính trơ trong môi trường axit và kiềm - Quy trình sản xuất thép khá phức tạp và chi phí cao, bao bì kim loại thép không thể tái sử dụng, đồng thời việc tái chế cũng tốn nhiều chi phí và công sức. Do đó công nghiệp đồ hộp thực phẩm vẫn còn tồn tại vấn đề ô nhiễm. Thép được chế tạo thông qua quy trình sau: Quặng sắt Loại tạp chất Oxi GVHD: Đỗ Vĩnh Long Nhập liệu vào lò luyện thép Trang 6 Bao bì kim loại – Nhóm 9 Thép lỏng Rót khuôn tạo phôi thép Gia nhiệt Cán thành tấm Làm lạnh, tôi bề mặt Thép có độ cứng đạt yêu cầu Hình 1. Thép tấm GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 7 Bao bì kim loại – Nhóm 9 - Thép trong chế tạo bao bì thực phẩm cần phải có độ tinh sạch cao, đạt được độ dẻo dai (C ≤ 0,2 %). - Độ dày thép để chế tạo bao bì thực phẩm là 0,15 – 0,5 mm, tùy theo đặc 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 (dioetyl sebacate) 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 và bên trong hộp đều có màu sáng bạc. 4.3. Lớp Vec-ni bảo vệ:  Phủ bên trong cũng như bên ngoài của lon 3 mảnh và 2 mảnh, phủ ở các mối hàn và ghép mí.  Là loại nhựa nhiệt rắn. Sau khi được đun nóng chảy để phun phủ lên bề mặt lon thì vecni được sấy khô trở nên cứng, rắn chắc.  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 được chứa 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 được tráng 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 mối ghép thân, đáy. GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 8 Bao bì kim loại – Nhóm 9 • 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: GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 9 Bao bì kim loại – Nhóm 9 Hình 3. Cấu tạo của một thép tấm tráng thiếc 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 ảnh hưởng đến cơ tính và tính chống ăn mòn của bao bì. Ngoài ra độ cứng của thép nền cũng ảnh hưởng đến việc chế tạo lon. Lớp hợp kim FeSn2 (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 tục của lớp hợp kim và độ dày của nó ảnh hưởng tới tính chống ăn mòn của thép 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 mạ thiếc 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 lớp thiếc 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 dễ dàng trong quá trình vận chuyển, nhập liệu, tạo hình lon. GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 10 Bao bì kim loại – Nhóm 9 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 Cắt sắt tạo hình Cuôn, hàn mí phần thân Tách lon Loe miệng Tạo gân Ghép mí thân, nắp, đáy GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 11 Bao bì kim loại – Nhóm 9 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 tạo thân lon: Thép tấm được rửa dầu, sấy, in nhãn hiệu, tráng vecni Cắt tạo hình Cuộn, hàn mí thân Tách lon Loe miệng Tạo gân Thân lon GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 12 Bao bì kim loại – Nhóm 9 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 mặt không 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 nhãn hiệu cung cấp thông tin cho từng loại sản phẩm, đồng thời lớp vecni chống oxy 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 là chiều cao lon để tạo thân lon. Giai đoạn 2: Tiếp tục cắt những tấm sắt lần ở giai đoạn 1 thành những miếng 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 được cắt 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 đẹp còn tạo cho mối hàn thân lon được chặt khít không có khe hở. Có hai phương pháp hàn mí phổ biến là phương pháp cơ học và phương pháp hàn điện. GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 13 Bao bì kim loại – Nhóm 9 a) Mặt cắt ngang mối ghép b) Mặt cắt ngang mối ghép theo phương pháp cơ học theo phương pháp hàn điện 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. a) Thân trụ tròn b) Mối ghép mí c) Thân trụ tròn đã chuẩn bị ghép mí thân được ghép mí 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. Do vậy đối với lon có kích thước nhỏ hơn 9cm thì thực hiện hàn 2 hoặc nhiều lon một lần sau đó tách lon. Loe miệng: Là giai đoạn viền miệng thân lon tạo gờ để chuẩn bị quá trình ghép mí. Hình 6. Thân lon được loe miệng GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 14 Bao bì kim loại – Nhóm 9 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 GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 15 Bao bì kim loại – Nhóm 9 Phun keo đệm kín Cao su dạng past Sấy khô (60oC) Sản phẩm nắp hoặc đáy Thuyết minh: Sấy khô đến 210oC: 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 trong suốt 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 hợp với 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 móc nắp 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. GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 16 Bao bì kim loại – Nhóm 9 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 sẽ được 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 chặt khít 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 khô lớp 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 tạo sản 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 lại lớp vecni khi hoàn thành xong phần cuốn và ghép mí thân. GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 17 Bao bì kim loại – Nhóm 9 a) Thân lon được loe miệng b) Nắp hoặc đáy chuẩn bị ghép mí với thân c) Vị trí nắp hoặc đáy chuẩn d) Thân với nắp hoặc đáy đã bị ghép mí với thân được ghép mí hoàn chỉnh Hình 10. Mối ghép mí giữa thân hoặc đáy với nắp a) Vị trí ban đầu GVHD: Đỗ Vĩnh Long b) Hoàn tất việc cuốn mí Trang 18 Bao bì kim loại – Nhóm 9 c) Ép chặt mí ghép 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, đáy được cắt với kích thước không chính xác, thiếu hoặc thừa tạo nên móc nắp hoặc móc thân sai lệch quá ngắn hoặc quá dài. - Máy ghép hoạt động không tốt, không đạt yêu cầu sẽ gây hư hỏng sản phẩm hàng loạt. Móc thân và móc nắp hoặc đáy không móc chặt vào nhau hoặc bị lệch tạo bao bì không kín, tạo điều kiện nước xâm nhập trong quá trình thanh trùng và cả sự xâm nhập của không khí, vi sinh vật – chúng phát triển sinh khối gây hư hỏng thực phẩm. Sự hư hỏng này của bao bì và thực phẩm 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 thối hay lên men tạo CO2 và ethanol. - Để kiểm tra độ kín của lon sau khi ghép mí, lon được cho vào buồng khí 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 100 oC, nếu thấy bọt khí thoát ra thì lon này bị hở mối ghép, cần tìm nguyên nhân gây hư mối ghép từ máy ghép hay từ kích thước các bộ phận thân, đáy, nắp. GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 19 Bao bì kim loại – Nhóm 9 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 để chiết 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 H2: - Lớp vecni bong tróc sẽ tạo sự tiếp xúc của lớp oxyt thiếc với môi trường thực phẩm bên trong có tính axit (H+), xảy ra phản ứng: Với SnO: 2H+ +SnO = Sn2+ + H2O Với lớp Sn: 2H+ +Sn = Sn2+ + H2 - Thiếc tiếp tục phản ứng với lớp thép phía trong: Sn 2+ + Fe = Sn + Fe2+ Khí H2 sinh ra sẽ làm phồng đồ hộp. - Về mặt cảm quan, Sn2+ có thể gây mùi tanh khó chịu, ảnh hưởng chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm. Hàm lượng Sn cho phép có mặt trong đồ hộp thực phẩm là 250ppm (theo quy định Bộ Y Tế), vượt quá giá trị này thì thực phẩm buộc phải hủy. Fe2+ không gây độc hại đối với sức khỏe người tiêu dùng nếu không vượt quá cao, nếu hàm lượng ≥ 20ppm có thể làm xuất hiện một vài vệt màu xám đen ảnh hưởng đến mặt cảm quan. GVHD: Đỗ Vĩnh Long Trang 20