Металлическая тара.

1. Преимущества и недостатки

Металлические консервные банки производятся из широко доступных материалов, пригодных для вторичного использования. Они непроницаемы для влаги, газа и све­та, и, кроме того, производство консервных банок и фасование в них продукции мо­жет производиться с достаточно высокой скоростью. Сегодня существует много ви­дов банок, легко открывающихся и позволяющих извлекать содержимое без помощи специальных инструментов.

Утилизация и переработка алюминиевых банок не приводит к снижению качества продукции, при этом затраты энергии снижаются на 95% по сравнению с применени­ем первичного алюминия, поскольку добыча алюминия из бокситовой руды является чрезвычайно энергоемким процессом. Алюминий обладает небольшим весом, хоро­шей теплопроводностью, устойчивостью к окислению, к воздействию разбавителей и смазочных материалов, привлекательной блестящей поверхностью. Однако он нуж­дается в дополнительном покрытии для защиты от большинства кислот и щелочей, а также от царапин и истирания.

Для упаковки многих продуктов подходит сталь, которая хорошо переносит штабелирование; она термостойка, ее поверхность вполне пригодна для нанесения по­крытий и декоративного оформления. Магнитные свойства стали облегчают вторичную переработку, а также могут учитываться при обработке этого материала. Ее недостатки: относительно большой вес и подверженность коррозии. Кроме того, некоторые виды стального сырья для производства банок требуют перед сваркой до­полнительной обработки.

Что касается типов консервных банок, считается, что предпочтительнее банки из двух, а не трех деталей, поскольку такая конструкция благодаря отсутствию боковых швов и швов вокруг дна снижает возможность течи.

Недостатком банок из двух деталей является высокая стоимость производствен­ной линии, особенно для производства D&I-банок, что намного превышает расходы по приобретению линии для производства банок из трех деталей. Для фасования раз­личных пищевых продуктов, урожай которых собирается в разное время года, требу­ются банки различной величины, тогда как существующий выбор D&I-банок разных размеров еще не достаточен.

Для пищевой промышленности в настоящее время изготовляются некоторые виды стальных банок из двух деталей по технологии DRD размерами до 401 х 411 (разме­ры консервных банок поясняются ниже), но непреодолимым препятствием пока - что является необходимость унификации размеров банок из двух и трех деталей (из со­ображений взаимозаменяемости технологического оборудования). Для предприятий пищевой промышленности также интересны линии DRD, так как их стоимость при­мерно на две трети ниже стоимости линии D&I.

2. Материалы для производства консервных банок

Банки, первоначально изготовлявшиеся из белой жести, в настоящее время также вы­пускаются из черной и хромированной жести, ламинированной стали и алюминия.

2.1 Сталь

Распространенное в английском языке слово обозначает консервную банку. Даже если материал и содержит какую-то долю олова, то это всего лишь очень тонкое покрытие с одной или с обеих сторон стенок контейнера.

Стандартной единицей измерения стального материала является стандартная сто­па белой жести, соответствующая 112 металлическим листам размером 14х20 дюй­мов (35,6 x 50,8 см) с суммарной поверхностью одной стороны листов, равной 20,2 м²,или 40,5 м² для обеих сторон листов. Вес стандартной стопы жести обычно составля­ет от 20,4 до 61,2 кг, и этому соответствует толщина материала от 128 до 382 мкм.

В наше время большая часть низкоуглеродистой стали, применяемой в производ­стве тары, обрабатывается с помощью кислородно-конвертерного процесса и либо отливается в чушки, либо, как это чаще бывает, непрерывно отливается в слябы и вытя­гивается путем горячего проката, после чего толщина материала составляет от 1,91 до 2,54 мм, что является первым шагом в процессе изготовления так называемых жестепрокатных изделий. После этого для приобретения материалом окончательного состояния, пригодного для выпуска банок, требуется еще много этапов обработки.

Горячекатаная полоса протравливается в серной или соляной кислоте в целях уда­ления окалины и покрывается маслом против ржавчины, а также для обеспечения смазки листа в процессе холодной прокатки, которая осуществляется на прокатном стане, оборудованном пятью или шестью валками. В результате толщина стального листа сокращается до 90%.

При этом продукция, обладая максимальной твердостью, бывает очень хрупкой; поверхность приходится очищать от масла, а также отжигать для обеспечения плас­тичности материала консервной банки. После отжига жесть поступает на другой про­катный стан, где толщина листа сокращается еще на 35%. Повышенная прочность полученного материала позволяет производителям консервной тары использовать более легкие марки проката, что сокращает затраты.

На следующем этапе обработки сталь, как однократно прокатанная, так и полу­ченная способом двойной прокатки, подвергается отпуску - другому способу холод­ной обработки, незначительно сокращающему толщину листа (примерно от 0,5 до 2%). При этом несколько повышается упругость металла, а окончательное качество поверхности металла создается путем дробеструйной обработки и/или шлифовки, после чего поверхность становится либо шершавой, либо гладкой.

Существуют многочисленные виды отпуска, которым присвоены различные номера в соответствии с их жесткостью (табл. 1). Как правило, для изготовления концов ба­нок идет сталь с большей жесткостью, чем для корпусов. На практике производители банок часто выбирают недорогие, но самые прочные, пригодные для обработки марки.

Сталь после отпуска называют "черной жестью" (поскольку когда-то, в самом начале ее производства, после отпуска на поверхности стали образовывалась черная окалина). Такая сталь традиционно используется в изготовлении баночек для спе­ций, а также применяется для транспортной тары. На ее основе выпускается белая жесть, а также может производиться гальваническое хромирование поверхности.

Первоначально лужение жести осуществлялось путем погружения стальной по­лосы в ванну расплавленного олова. Затем технологию нанесения горячего покрытия сменило нанесение покрытия методом электроосаждения, названного гальваническим. Он был разработан во время второй мировой войны, когда прекратились поставки высококачественного олова из Малайзии, обеспечивает более ровное нанесение покрытия при меньших затратах материала.

Обработка путем электрохимической пассивации, для которой обычно приме­няется дигидрат дихромата натрия, стабилизирует поверхность и приводит к образо­ванию тонкой пленки хрома, оксидов хрома и олова. Затем наносится масло, которое предотвращает коррозию и защищает оловянное покрытие в процессе штамповки банки (рис. 1).

Хотя толщина оловянного покрытия составляет только около 0,30 мкм, белая жесть обладает устойчивостью к коррозии не только за счет защитного слоя олова,

Таблица 1.1. Марки белой жести

Отпуск	Твердость по Роквеллу, шкала 30-Т	Сферы применения
750	46-52	Насадки, носики и крышки контейнеров; детали, производимые при помощи глубокой вытяжки
752	50-56	Некоторые специальные детали банок и детали неглубокой вытяжки
757	54-63	Концы банок, крышки большого диаметра и корончатые крышки
Т65	62-68	Жесткие дно и корпус банок для неагрессивных
Т70		продуктов
	67-73	Используется, когда необходима очень высокая жесткость
DRS	70-76	Корпус и концы круглых банок
DR9	73-79	Корпус и концы круглых банок
DR9М	74-80	Крышки банок для пива и газированных напитков

Рис. 1. Большинство консервных банок сделаны из белой жести (на рис. слева) или стали с поверхностью, хромированной гальваническим способом (ECCS). Оловянное или хромирован­ное покрытие обеспечивает коррозионную стойкость, но в некоторых случаях для хорошей со­четаемости с упакованным продуктом на них требуется дополнительно наносить слой эмали

нанесенного на поверхность, но и благодаря катодной реакции, которая сводит к ми­нимуму возможное окисление имеющихся микроотверстий и всех участков, лишен­ных покрытия. Покрытие также предотвращает растворение железа в напитках или пищевых продуктах, приводящее к появлению неприятного железного привкуса.

Толщина слоя оловянного покрытия указывается в виде веса покрытия, применяе­мого для одной стандартной кипы белой жести. Например, жесть № 25 имеет 113,4 г олова на стандартную кипу (40,5 м²) или 56,7 г на одной стороне всех листов.

До начала второй мировой войны вес оловянного покрытия обычно составлял от 453,6 до 640,4 г. В наше время вес покрытия может составлять от 45,4 до 453,6 г. Вы­пускается также сталь с двухсторонним покрытием разной толщины. Толщина по­крытия определяется тем, что является более агрессивной средой — упакованный продукт или внешнее окружение банки. В качестве примера двухстороннего покры­тия разной толщины приведем жесть с 113,4 г покрытия на одной стороне и 56,7 г на другой, что в сумме составляет 172,4 г/стандартную кипу. На белой жести легким тиснением наносится обозначение количества покрытия, а также указывается, с ка­кой стороны листа нанесен более толстый слой (рис. 2).

Рис. 2. Нанесение двухстороннего покрытия разной толщины позволяет снизить расход олова и при этом нанести более толстый слой с той стороны, где он более необходим. Обозна­чение веса покрытия и стороны с более толстым слоем покрытия указывается в виде специ­альных символов

Тем не менее, если не применяется никаких дополнительных покрытий, защит­ные свойства олова в определенной степени ограничены. Если такая банка оказыва­ется во влажной атмосфере, то быстро образуется ржавчина. Как ни странно, на внут­ренней поверхности укупоренной банки меняется полярность обоих материалов, что обеспечивает значительную степень антикоррозионной защиты и предотвращается образование мелких пор за счет электрохимического взаимодействия олова со ста­лью. Тем не менее уже долгое время ведутся разработки многочисленных видов внут­ренних защитных покрытий и лаков для внешней поверхности банки - соответствен­но для защиты металла от агрессивного воздействия продукта и внешней среды (см. раздел «Внутренние защитные покрытия металлических банок»).

Высокая стоимость олова и трудности, связанные с его поставкой, привели к по­пыткам применения материалов, его не содержащих. Результатом этих разработок стала технология гальванического хромирования стали. На поверхность черной жес­ти электролитическим способом наносится очень тонкий слой хрома (0,008 мкм), который затем окисляется. Такой материал характеризуется повышенной термостой­костью, отличным соединением с покрытиями, пригодностью к литографированию, а также устойчивостью к образованию пятен при контакте с серосодержащими про­дуктами. Благодаря более низкой себестоимости и высокой практичности хроми­рование широко используется при изготовлении консервных банок.

Для обеспечения защитных свойств хромированной жести на обе стороны мате­риала необходимо наносить дополнительные покрытия, поскольку она лишена воз­можности защиты гальваническими анодами и антикоррозионных свойств покрытия. При выпуске сборных банок с использованием хромирования припаивание невоз­можно, и вместо него применяется склеивание. При удалении слоя хрома с краев до­пустима также сварка боковых швов.

Другим материалом на основе стали, применяющимся в производстве консерв­ных банок, является полиэфирный ламинат на металлической основе, не требующий применения какого-либо внутреннего защитного покрытия. В настоящее время в Японии разрабатывается трехслойный материал (два слоя сложного полиэфира и слой металла между ними), применение которого избавит от необходимости нанесе­ния защитных и декоративных покрытий.