Из чего сделаны консервные банки?

Из каких материалов сделаны консервные банки? Прямой ответ

Пищевые банки изготавливаются преимущественно из двух материалов: жесть (луженая низкоуглеродистая сталь) и алюминий. В частности, для корпуса банки стальной корпус — электролитическая жесть (SPTE) или безоловянная сталь (TFS) — преобладающий материал во всем мире. Сталь обеспечивает структурную жесткость и устойчивость к давлению; оловянное или хромовое покрытие на его поверхности обеспечивает защиту от коррозии и безопасный контакт с пищевыми продуктами. Затем наносится внутреннее полимерное покрытие пищевого качества в качестве окончательного барьера между металлом и пищевым продуктом.

Короче говоря, то, что мы называем «консервной банкой», сделано не из чистого олова — это точно спроектированная многослойная структура, в которой низкоуглеродистая сталь образует ядро конструкции , при этом металлические и полимерные покрытия выполняют защитную работу.

Трехслойная структура стального корпуса банки

Понимание почему стальной корпус настолько хорошо работает для упаковки пищевых продуктов, что необходимо рассматривать ее как многослойную систему, а не как единый материал. Каждый уровень выполняет определенную инженерную функцию:

Слой 1 — Основание из низкоуглеродистой стали

Основой любой пищевой банки является холоднокатаный лист из низкоуглеродистой стали . Эта сталь перерабатывается в чрезвычайно тонкие однородные рулоны посредством горячей прокатки с последующей холодной прокаткой, которая выравнивает структуру зерен, придавая ей сочетание прочности и пластичности, необходимое для изготовления банок. Он должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать давление стерилизации в реторте и штабелируемую нагрузку во время транспортировки, но при этом достаточно пластичным, чтобы его можно было штамповать, тянуть и формовать без растрескивания.

Слой 2 — оловянное или хромовое покрытие.

Стальное основание покрыто гальваническим защитным металлическим слоем. В белой жести это технически чистое олово, нанесенное толщиной обычно 0,4–1,5 мкм . Слой олова предотвращает коррозию стали при контакте с пищевыми продуктами, действует как смазка в процессе волочения и позволяет использовать контактную сварку, используемую для формирования бокового шва трехсоставных банок. В безоловянной стали (TFS) слой хрома и оксида хрома заменяет олово — он тоньше и дешевле, но не поддается сварке стандартными методами, поэтому его обычно используют для днищ и крышек банок, а не для корпусов банок.

Слой 3 — Внутреннее полимерное покрытие

Органическое покрытие пищевого качества — обычно эпоксидная смола, полиэфирная смола или лак на акриловой основе — наносится на внутреннюю поверхность, чтобы создать инертный барьер между металлом и пищевыми продуктами. Это покрытие особенно важно для кислых продуктов (помидоры, цитрусовые соки, уксусы) и овощей, богатых серой (спаржа, чеснок, лук), где прямой контакт металла с пищей может вызвать изменение цвета, неприятный привкус или ускоренную коррозию. Все материалы покрытия должны пройти оценку безопасности при контакте с пищевыми продуктами в соответствии с действующими нормами.

Белая жесть, сталь без олова и алюминий: сравнение материалов

Во всем ассортименте банок для пищевых продуктов и напитков используются три основных материала. Каждый из них выбирается в зависимости от типа продукта, требований к обработке и экономики производства.

Сравнение трех основных материалов для консервных банок по ключевым критериям эффективности
Недвижимость	Жесть (СПТЭ)	Безоловянная сталь (TFS)	Алюминий
Защитное покрытие	Олово (0,4–1,5 мкм)	Хром Оксид хрома	Слой природного оксида
Свариваемость	Отлично (контактная сварка)	Плохо (покрытие необходимо удалить)	Неприменимо (нарисовано и выглажено)
Жесткость	Высокий	Высокий	Умеренный
Теплостойкость	Отлично (совместим с ретортой)	Отлично	Хорошо
Вес	Тяжелее	Тяжелее	Легкий (1/3 веса стали)
Первичный можно использовать	Корпуса пищевых банок (3 шт.)	Концы банок, крышки, легко открывающиеся концы	Банки для напитков (2 шт.)
Возможность вторичной переработки	Полностью перерабатываемый	Полностью перерабатываемый	Полностью перерабатываемый

В качестве еды можно использовать овощи, фрукты, мясо, морепродукты, соусы и корм для домашних животных. жесть является стандартным материалом поскольку его свариваемость необходима для формирования бокового шва трехкомпонентных банок, а его термостойкость подходит для процессов стерилизации в автоклаве, при которых температура достигает 121°C или выше.

Трехкомпонентные и двухкомпонентные пищевые банки: как можно по-разному использовать стальной корпус

Структура консервной банки — трех- или двухчастной — определяет, как именно стальной корпус обрабатывается и какие свойства материала являются наиболее важными.

Трехкомпонентные консервные банки

Самый широко используемый формат в мировой пищевой промышленности. Банка состоит из цилиндрического корпуса (сделанного из плоского листа белой жести и приваренного по боковому шву) и двух отдельных приваренных концевых частей. Этот формат предлагает максимальная гибкость по высоте, диаметру и объему , что делает его пригодным для самого широкого спектра пищевых продуктов. Боковой шов формируется методом контактной электросварки, поэтому жесть с оловянным слоем, облегчающим сварку, является предпочтительной сталью для корпусов банок для этой конструкции. Продукция, расфасованная в жестяные банки из трех частей, включает консервированные овощи, томатную продукцию, соусы, фасоль, рыбу, мясо и масла.

Двухкомпонентные консервные банки (процесс DWI)

В процессе вытяжки и глажки (DWI) корпус и дно банки формируются из одного плоского металлического диска с использованием баночного пресса и ряда кольцевых штампов. Стенка банки одновременно утончается и удлиняется, образуя цельный цельный корпус. Это исключает как вертикальный боковой шов, так и нижний шов — места, наиболее уязвимые для коррозии. Процесс DWI широко используется для изготовления алюминиевых банок для напитков и все чаще применяется для жестяных банок для пищевых продуктов, где требуются большие объемы производства одной спецификации.

Почему низкоуглеродистая сталь является основой стали для корпусов банок

Не вся сталь подходит для производства консервных банок. Сталь для корпусов банок должна отвечать сложному сочетанию механических, химических и размерных требований, которые могут обеспечить только тщательно контролируемые марки низкоуглеродистой стали.

Низкое содержание углерода для пластичности: Более высокое содержание углерода делает сталь более твердой и менее пластичной. В стали для корпусов банок используются марки с низким содержанием углерода, чтобы гарантировать, что лист можно штамповать, тянуть и формовать без растрескивания или разрыва во время высокоскоростных операций по изготовлению банок.
Равномерная толщина и плоскостность: Сталь корпуса банки подвергается холодной прокатке до чрезвычайно жестких допусков по толщине — обычно в диапазоне 0,13–0,49 мм в зависимости от формата банки и применения. Изменение толщины рулона напрямую влияет на однородность стенок банки и консистенцию сварного шва.
Марки контролируемого отпуска (твердости): Марки закалки, обычно обозначаемые от T1 до T5 (или марки DR для стали двойного обжатия), определяют твердость листа. Более мягкие сорта подходят для операций глубокой вытяжки; более твердые сорта используются для крышек и днищ банок, где жесткость имеет большее значение, чем формуемость.
Чистая поверхность: Перед лужением поверхность должна быть очищена от оксидов, окалины и загрязнений, так как любой дефект поверхности приведет к неравномерному прилеганию олова и потенциальным слабым местам коррозии в готовой банке.
Магнитные свойства (для переработки): В отличие от алюминия, сталь магнитна — это свойство позволяет легко отделять и извлекать из смешанных потоков отходов использование оборудования для магнитной сортировки, что обеспечивает высокие темпы переработки.

Роль толщины оловянного покрытия в производительности пищевых банок

Слой олова на электролитической белой жести не является декоративным — это активный функциональный компонент, имеющий прямое значение для безопасности пищевых продуктов, технологичности и срока годности. Вес оловянного покрытия указывается в граммах на квадратный метр (г/м²) и может различаться на внутренней и внешней поверхностях одного и того же листа — конфигурация, известная как дифференциальное покрытие .

Интерьер (более толстое покрытие): Внутренняя поверхность обычно имеет более толстое оловянное покрытие, обеспечивающее максимальную защиту от коррозии пищевого продукта. Для кислых продуктов более высокая плотность покрытия продлевает срок службы банки.
Внешний вид (более светлое покрытие): На внешнюю поверхность можно нанести более легкое покрытие, поскольку она обращена к атмосфере, а не к пище. Уменьшение веса банки снаружи снижает стоимость материала без ущерба для безопасности пищевых продуктов.
Смазка при формовке: В процессе волочения и глажения слой олова также служит смазкой между сталью и формовочными штампами, уменьшая трение и износ штампов, а также улучшая качество поверхности готового корпуса банки.
Жертвенный механизм защиты: При наличии пищевых продуктов, образующих внутри банки слабокислую среду, олово действует как жертвенный анод — растворяясь преимущественно для защиты лежащей под ним стали от коррозии. Количество олова, которое растворяется в течение срока годности банки, регулируется в безопасных пределах.

Требования безопасности пищевых продуктов для стали для корпусов банок

Поскольку стальной корпус банки вступает в прямой или косвенный контакт с пищевыми продуктами, на него распространяются строгие правила безопасности пищевых продуктов на всех основных рынках. Ключевые требования касаются миграции металлов, безопасности покрытий и контроля производственного процесса.

Пределы миграции металлов

Нормативно-правовая база требует, чтобы миграция ионов металлов — особенно олова, железа, хрома и тяжелых металлов, таких как свинец и никель — из консервных банок в продукты питания, оставалась ниже установленных пределов. Лабораторные испытания на миграцию имитируют среду контакта с пищевыми продуктами (кислотную, щелочную и маслянистую) для проверки соответствия. Современные жестяные банки с надлежащим внутренним покрытием разработаны с учетом этих ограничений на протяжении всего предполагаемого срока годности продукта.

Соответствие внутреннего покрытия

Органические покрытия, наносимые на внутреннюю часть банок с пищевыми продуктами, сами должны соответствовать нормам, касающимся материалов, контактирующих с пищевыми продуктами. Составы покрытий — на основе эпоксидных, полиэфирных или акриловых систем — проходят оценку безопасности, чтобы подтвердить, что никакие вещества, мигрирующие из покрытия, не превышают применимые пределы удельной миграции (SML) или общие пределы миграции (OML), установленные такими органами, как Постановление Комиссии ЕС о материалах, контактирующих с пищевыми продуктами, или эквивалентные национальные стандарты.

Контроль производственного процесса

При изготовлении корпусов банок средства контроля процесса предотвращают физическое загрязнение (металлический мусор, остатки сварки) и обеспечивают постоянство размеров сварного шва и двойного шва на концах банки. Высокоскоростные системы визуального контроля на современных линиях по производству банок проверяют целостность швов при производительности тысяч банок в минуту.

Какие продукты упаковываются в стальные консервные банки?

Сталь для корпусов жестяных банок является предпочтительным материалом для любого пищевого продукта, подвергающегося ретортная стерилизация - нагревание запечатанной банки до 121°C или выше для устранения бактериального загрязнения и достижения коммерческой стерильности. Теплостойкость стали и жесткость конструкции необходимы для выдерживания внутреннего давления, возникающего во время этого процесса. Общие приложения включают в себя:

Овощи и бобовые: Помидоры, сахарная кукуруза, зеленая фасоль, нут, фасоль — продукты с высоким содержанием кислоты особенно выигрывают от коррозионностойких свойств жести с соответствующими внутренними покрытиями.
Фрукты: Консервированные персики, ананасы, дольки мандарина и фруктовый коктейль в сиропе — стальные консервы исторически были стандартом для фруктовых соков и светлых консервированных фруктов.
Мясо и птица: Консервы из говядины, свинины, мясные полуфабрикаты, курица и готовые мясные продукты, упакованные для длительного хранения при комнатной температуре.
Рыба и морепродукты: Тунец, сардины, скумбрия, лосось, крабы, креветки и мидии — часто упаковываются в масле, рассоле или соусе в жестяные банки с полимерным покрытием или банки TFS, срок годности которых превышает 24 месяца.
Соусы и готовые блюда: Соусы для пасты, супы, тушеные блюда, соусы карри и готовые к употреблению блюда, упакованные в жестяные банки из трех частей для розничной торговли и общественного питания.
Пищевые масла: Крупнообъемная упаковка растительного масла, где для крупноформатной тары важна конструктивная прочность корпуса стальной банки.
Корм для домашних животных: Один из самых массовых случаев использования стальных пищевых банок в мире, обычно с использованием легко открывающихся крышек (EOE) на корпусах банок из жести.

Сталь корпуса банки и экологичность: преимущество возможности вторичной переработки

Сталь является наиболее перерабатываемым упаковочным материалом в мире. Этот факт делает сталь для корпусов банок не только функциональным выбором, но и все более важным с точки зрения устойчивого развития. Стальные банки можно перерабатывать неограниченное количество раз без ухудшения качества материала, поскольку переработка стали не меняет ее фундаментальных свойств.

Поскольку сталь является магнитной, ее легко отделить от смешанных потоков отходов с помощью стандартного оборудования для магнитной сортировки, что обеспечивает эффективный сбор, не требуя от потребителя точности сортировки. Это физическое свойство дает стальной упаковке преимущество в инфраструктуре переработки по сравнению со многими альтернативными материалами.

Для брендов продуктов питания и напитков, работающих в соответствии с обязательствами по устойчивому развитию, а также для правительств, продвигающих законодательство о расширенной ответственности производителей (EPR), установленная возможность вторичной переработки стальных пищевых банок является важным фактором при выборе упаковочного материала.