Apostila de embalagem

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Apostila de embalagem

  1. 1. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOUNIVERSIDADE TECNOLOGICA FEDERAL DO PARANÁ CAMPUS MEDIANEIRA TECNOLOGIA EM LATICÍNIOS EMBALAGENS Profª. Marinês Paula Corso MEDIANEIRA – PR 2007
  2. 2. 1.ESTABILIDADE DE ALIMENTOS ENVASADOS1.1. FATORES QUE AFETAM A ESTABILIDADE Uma embalagem tem três funções básicas: a protetora, a econômica e amercadológica, todas elas devendo ser consideradas para se otimizar e adequar osistema produto-embalagem-ambiente. Em relação à função protetora, a embalagem controla a vida-de-prateleira dosalimentos. Define-se vida-de-prateleira como o tempo decorrido desde sua produçãoaté sua utilização, durante o qual o mesmo apresenta qualidade satisfatória em termossensoriais, nutricionais e microbiológicos. A estabilidade de alimentos acondicionados deve ser discutida em relação a doistipos de fatores: os intrínsecos (ligados diretamente à composição do alimento) e osextrínsecos (ligados ao ambiente que envolve o alimento).1.1.1.Fatores intrínsecos Os principais fatores intrínsecos ao alimento são:Atividade de água A atividade de água influi, direta ou indiretamente, em todas as alterações dosalimentos, sejam elas microbiológicas, físicas ou químicas. Muitos métodos deconservação de alimentos (ex.: desidratação, cura por salga, saturação com açúcares)utilizam como princípio a redução da atividade de água. Em relação à atividade de água, os alimentos podem ser classificados em:• Alimentos de alta umidade (aw > 0,85), bastante susceptíveis a deterioraçõesmicrobiológicas em geral. O limite inferior de atividade de água (0,85) deve-se ao fatode que a bactéria patogênica mais resistente a baixa atividade de água(Staphylococcus aureus) tem capacidade de crescer a uma aw mínima de 0,86.• Alimentos de umidade intermediária (aw = 0,60-0,85), que podem sofrer deterioraçãopor microrganismos xerofílicos, osmofílicos e halofílicos, sendo considerados de altaestabilidade, desde que a embalagem represente boa barreira à umidade.• Alimentos de baixa umidade (aw < 0,60), nos quais não há crescimento demicrorganismos, embora eles possam sobreviver.pH Quanto ao pH, os alimentos são geralmente classificados em:• Muito ácidos (pH<4,0), como: suco de abacaxi, suco de maracujá, refrigerantes,picles.• Ácidos (4,0<pH<4,5), como: derivados de tomate, suco de algumas frutas (ex.: caju).• Pouco ácidos (pH>4,5), como: carne, leite, ovos.1.1.2. Fatores extrínsecosTemperatura É o fator ambiental de maior efeito sobre a conservação dos alimentos durantesua estocagem e comercialização, influenciando todas as alterações ocorrentes emalimentos, sejam de natureza biológica, física ou química. 2
  3. 3. Umidade relativa (UR) Em contato direto com o ar atmosférico, a umidade relativa do ambientedetermina a umidade relativa de equilíbrio do produto (atividade de água de equilíbrio).Assim, quando expostos a ambientes com alta UR , os produtos tendem a absorverumidade, com conseqüente aumento da atividade de água; um produto desidratadocom aw < 0,60, por exemplo, pode ter sua estabilidade comprometida se estocadoinadequadamente. A utilização de materiais de embalagem com baixa permeabilidade a umidade,minimizando a absorção de água pelo produto, reduz o risco de deterioraçãodecorrente do aumento de atividade de água.Concentração de oxigênio A concentração de O2 no espaço livre das embalagens controla a velocidade dealterações oxidativas e de crescimento microbiano. A fração lipídica dos alimentos é a mais susceptível a reações de oxidação; aoxidação de lipídios resulta na formação de produtos que conferem sabor e odorindesejáveis. Outros componentes dos alimentos podem também sofrer oxidação, aexemplo das vitaminas e pigmentos.Luz incidente As radiações luminosas, sejam naturais ou artificiais, catalisam reaçõesfotoquímicas em alimentos, principalmente reações de oxidação. A fase de indução (ou iniciação) da oxidação de lipídios é acelerada quando oalimento é exposto (direta ou indiretamente) à luz. Quanto à oxidação de vitaminas, ariboflavina e o ácido ascórbico são as mais fotossensíveis. A exposição do leite à luzacarreta formação de sabor e odor desagradáveis (proveniente da oxidação delipídios), além de redução do valor nutritivo em conseqüência da perda de vitaminas.1.2.ALTERAÇÕES INDESEJÁVEIS1.2.1. Alterações microbiológicas São geralmente mais facilmente evidenciadas sensorialmente do que asdecorrentes de alterações químicas. Podem ter como conseqüências: formação decompostos tóxicos, formação de gases e compostos voláteis. Alimentos comercialmente esterilizados e acondicionados em embalagensmetálicas ou de vidro só sofrerão deterioração microbiológica se o tratamento térmicofor insuficiente ou se houver falhas na hermeticidade da embalagem que permitam aentrada de microrganismos. Para produtos pasteurizados, as alteraçõesmicrobiológicas dependem da composição do alimento, da carga microbianasobrevivente ao tratamento térmico, de contaminações após o processamento e datemperatura de estocagem. Quanto à estabilidade microbiológica, os alimentos podem ser classificados em:• Perecíveis: necessitam de estocagem a baixas temperaturas para reduzir as taxasde alterações da qualidade; nos alimentos perecíveis, as alterações microbiológicasgeralmente antecedem às demais, sendo para a maioria dos produtos perceptívelsensorialmente pelo consumidor. Apresentam vida útil de apenas alguns dias quandorefrigerados, e de alguns meses quando congelados. Exemplos: leite, carnes frescas,frutas e hortaliças in natura. 3
  4. 4. • Semi-perecíveis: têm sua estabilidade aumentada em decorrência de determinadastécnicas de processamento. Uma maior estabilidade (cerca de 30 a 90 dias) é obtidapor meio de estocagem refrigerada. Exemplos: produtos cárneos defumados, queijoscurados.• Não perecíveis: podem ser estocados a temperatura ambiente por um período detempo prolongado, sem que haja crescimento microbiano suficiente para secaracterizar uma deterioração. Reduções no valor comercial de tais produtos podemocorrer devido a alterações físicas e químicas, após uma prolongada armazenagem.Exemplos: cereais, grãos, produtos desidratados e enlatados.1.2.2. Reações de oxidação As reações de oxidação resultam em formação de compostos voláteisindesejáveis (oxidação de lipídios), perdas nutricionais (quando envolvem vitaminas),alterações de cor (oxidação de pigmentos), entre outras conseqüências.1.2.2.1. Autoxidação de lipídios É uma das alterações mais importantes em alimentos, envolvendo 3 etapas:• Indução: formação, a partir de ácidos graxos (RH), dos primeiros radicais livres (R•),compostos altamente instáveis e reativos, contendo um elétron desemparelhado.Ocorre em presença de iniciadores, como calor, certos metais ou luz.• Propagação: reações entre radicais R• e O2, com formação de radicais peróxido(ROO•), que sequestram átomos de hidrogênio vizinhos a insaturações de outrasmoléculas, produzindo hidroperóxidos (ROOH) e novos radicais R•, que por sua vezreagem com O2, e assim estabelece-se uma sequência de reações em cadeia.• Terminação: reação dos radicais livres entre si, com formação de compostos nãoradicais, estáveis. Os principais fatores que afetam a taxa de oxidação de lipídios são:• Grau de insaturação do substrato: A susceptibilidade a oxidação aumenta com oaumento do grau de insaturação dos ácidos graxos, pois os átomos de hidrogêniovizinhos a insaturações são mais fracamente ligados à molécula que os demais, sendomais facilmente sequestrados. Os óleos vegetais são mais susceptíveis a oxidação doque as gorduras, por possuírem maior teor de ácidos graxos insaturados. Da mesmaforma, a carne bovina é menos susceptível a oxidação do que a carne suína, de aves ede peixes, porque tem menor teor de ácidos graxos insaturados.• Luz: Tem grande influência sobre a taxa de oxidação, especialmente na faixa UV.• Metais: São catalisadores da iniciação. Podem ser provenientes do próprio alimentoou do processamento.• Temperatura: tem efeito positivo sobre as taxas de oxidação, assim como afetagrandemente a maioria das alterações em alimentos.• Concentração de O2: Afeta diretamente a taxa de oxidação, já que o O2 é reagente.A utilização de embalagens com baixa permeabilidade a esse gás aumenta aestabilidade de alimentos susceptíveis a oxidação. O ideal seria, nesses casos, o usode acondicionamento a vácuo ou sob atmosfera inertizada, cabendo aos planejadoresde embalagens avaliar a viabilidade da utilização de tais recursos.• Atividade de água: a valores de baixa aw, a oxidação é rápida, pois os ácidos graxosestão muito expostos ao O2; a aw ≅ 0,3, a taxa apresenta um valor mínimo, após o quea taxa volta a aumentar, o que provavelmente se explica pelo aumento da mobilidadede metais (catalisadores). 4
  5. 5. • Antioxidantes: Os antioxidantes primários (compostos fenólicos, os mais utilizados)inibem a propagação de radicais. Os secundários previnem a formação dos primeirosradicais (atuando, por exemplo, como quelantes de metais). Entretanto, vale ressaltarque os antioxidantes reduzem as taxas de reação, mas não a impedem totalmente;além disso, eles não revertem o processo de oxidação. As taxas de oxidação podem ser minimizadas por meio de:• Utilização de materiais de embalagem de baixa permeabilidade a O2 e luz.• Acondicionamento a vácuo (desde que a embalagem não seja susceptível acolapsagem).• Inertização (substituição do O2 do sistema por um gás inerte, geralmente N2).• Utilização de seqüestrantes de O2. Ex.: enzima glicose oxidase + glicose (a enzimacatalisa a oxidação da glicose, removendo O2 do sistema). Obviamente, a viabilidade da utilização de tais artifícios depende do valoragregado do produto, assim como da necessidade de aumentar sua estabilidade. Como os óleos são altamente susceptíveis a oxidação, o ideal, sob o ponto devista da estabilidade, seria o uso de embalagens metálicas, que conferem barreira a O2e luz. Entretanto, o consumidor cada vez mais requer embalagens que o permitamvisualizar o produto no momento da compra; assim, as embalagens metálicas têmcedido espaço às garrafas plásticas. Nesse caso, para se aumentar a estabilidade,pode-se recorrer, por exemplo, ao uso de absorvedores de raios UV nas garrafas.1.2.2.2. Oxidação de pigmentos A cor determina a vida útil de muitos alimentos, já que afeta grandemente aaceitação do produto pelo consumidor. A cor pode ser conferida por pigmentos naturaisou artificiais. Os pigmentos naturais (clorofilas, antocianinas, carotenóides, mioglobina,hemoglobina, entre outros) são muito susceptíveis a oxidação e outras alterações queresultam em mudanças de coloração. As clorofilas sofrem alterações em presença de radiações luminosas, devendoser protegidas da incidência de luz. As antocianinas sofrem descoloração em presençade luz visível e O2. Os carotenóides são altamente susceptíveis a oxidação, devendotambém ser protegidos do contato com luz e O2. A coloração típica de carnes frescas (vermelho brilhante) é conferida pelamioglobina oxigenada (oxi-mioglobina), sendo a oxigenação um processo dinâmico ereversível. Já a oxidação da mioglobina resulta na formação de metamioglobina, decoloração marrom, indesejável ao consumidor (Figura 6). Em carnes frescas, aoxidação é máxima a baixas pressões de O2, enquanto a oxigenação aumenta com oaumento da pressão de O2. A embalagem é fundamental para conservação da cor decarnes. No caso de carnes frescas, o uso de embalagens a vácuo manterá umacoloração escura (vermelho púrpura) em uma fina camada superficial; ao ser retiradadessa embalagem, a carne é exposta ao O2; no caso de ela ser reembalada, isso deveser feito pela utilização de materiais de alta permeabilidade ao O2, permitindo formaçãode oximioglobina, de coloração desejável. 5
  6. 6. Mioglobina Oximioglobina globina globina(vermelho (vermelhopúrpura) N oxigenação brilhante) N N N Fe+2 Fe+2 N N N N H2O O2 oxidaçã globina oxidação N N redução reduçã Fe+3 N N H2O Metamioglobina (marrom)Figura 6. Formas mais comuns do pigmento mioglobina.1.2.3. Reações enzimáticas A atividade enzimática aumenta com o aumento da temperatura, até um valorótimo, a partir do qual as enzimas são inativadas. As alterações enzimáticas emalimentos podem, portanto, ser minimizadas por tratamentos térmicos que inativem asenzimas. Entretanto, muitos alimentos contêm enzimas em atividade, que podemcausar descoloração, mudanças na textura e no sabor, rancidez, entre outrasalterações. Uma medida de proteção para qualquer alimento contendo enzimas ativasconsiste em redução da temperatura de armazenagem, proteção contra ganho deumidade e contato com O2 (no caso de produtos que contenham lipoxigenase). Quanto ao efeito da atividade de água sobre a atividade enzimática, pode-sedizer genericamente que as enzimas mais importantes em alimentos (ex.: amilases,fenoloxidases, peroxidases) são completamente inativas a aw inferior a 0,85. Exceçãodeve ser feita às lipases, que permanecem ativas a valores baixíssimos de aw (0,3 ouaté mesmo 0,1). Quanto ao efeito do pH, cada enzima apresenta atividade ótima em umadeterminada faixa de pH; o pH ótimo varia de enzima para enzima. Acima ou abaixodesse valor, a atividade enzimática cai drasticamente.1.2.4. Reações químicas não enzimáticas Entre as reações não enzimáticas, a mais importante é a reação de Maillard(escurecimento não enzimático). Esta consiste em uma série de reações que se iniciampor uma reação entre aminoácidos (especialmente aminoácidos básicos) e açúcaresredutores; como principal produto, são formadas as melanoidinas, polímerosnitrogenados de coloração escura; além das melanoidinas, formam-se tambémcompostos voláteis responsáveis pelo sabor típico de muitos produtos (ex.: chocolate,doce de leite etc.). A reação pode ser desejável ou indesejável, a depender do produto,dos hábitos alimentares etc. O aminoácido lisina é o mais reativo, pois possui um grupo amino de altareatividade com açúcares redutores; como a lisina é um aminoácido essencial, areação pode comprometer o valor nutricional de alimentos nos quais esse aminoácidoseja limitante. 6
  7. 7. Os principais fatores que afetam a taxa de reação são:• Temperatura.• Atividade de água: a taxa de reação é ótima a valores intermediários de aw (cerca de0,5-0,7). Abaixo dessa faixa, há baixa mobilidade dos reagentes; acima, há o efeito dediluição dos reagentes, tornando as reações mais lentas. O uso de embalagens combaixa permeabilidade a umidade ajuda a controlar parcialmente a reação,principalmente no caso de produtos com aw abaixo da faixa ótima.• pH: a reação é inibida a valores baixos de pH, sendo pouco observada a pH abaixode 4,8.• Inibidores: o mais utilizado é o SO2, bastante eficiente no controle da reação.1.2.5. Alterações devidas a ganho ou perda de umidade Ganho ou perda de umidade ocorrem quando existe uma diferença entre aatividade de água do alimento e do ambiente que o envolve. Além das alterações já estudadas (crescimento microbiano, alteraçõesquímicas), há também alterações físicas decorrentes do ganho de umidade. No casode produtos em pó, pode haver aglomeração ou perda de fluidez, que é afetadatambém pela composição do alimento, relação área de superfície / volume etemperatura. Outra conseqüência, no caso de produtos cuja textura crocante éimportante (ex.: biscoitos, batata frita), é a perda da crocância. De forma similar ao ganho de umidade, um alimento perderá água (na forma devapor) quando sua umidade relativa (atividade de água) for superior à do ambiente. Asconsequências mais comuns da perda de umidade em alimentos são: perda de peso,com comprometimento da textura (ex.: carnes frescas, queijos); murchamento de frutase hortaliças; endurecimento e recristalização de massas e doces. No caso de produtosestocados sob refrigeração, pode ocorrer ainda a chamada “queima pelo frio” (freeze-burn), causada pela desidratação superficial do produto (ex.: carnes, frutas, hortaliças). A utilização de embalagens com baixa permeabilidade a umidade reduz a taxadas transformações decorrentes do ganho ou perda de água. Entretanto, há outrasconsiderações específicas para cada tipo de produto. Exemplos:• Há os seguintes requerimentos para um sistema de embalagem para frutas ehortaliças in natura: (1) baixa permeabilidade a umidade; (2) permeabilidade adequadaa gases, permitindo entrada moderada de O2 e a saída de CO2; é desejável reduzir astaxas de respiração do produto, por meio da redução da pressão de O2, mas, por outrolado, os níveis de O2 devem ser suficientes para inibir atividade anaeróbia. É comum acombinação de bandejas de PS expandido com filmes de polietileno ou PVC.• Para carnes frescas, a embalagem deve apresentar: (1) baixa permeabilidade aumidade, minimizando a perda de peso e alterações na textura do produto; (2)permeabilidade adequada a O2 - carnes frescas têm sua coloração vermelho-brilhantedependente da concentração de O2, já que a mioglobina oxigenada é que confere essacoloração. É comum a utilização de embalagens a vácuo até a chegada do produto aocomércio varejista, onde então as carnes são acondicionadas em embalagens compermeabilidade adequada ao O2, de forma a recuperarem a coloração vermelho-brilhante, tão importante para a aceitação do produto no momento da compra. Damesma forma que para frutas e hortaliças in natura, utilizam-se geralmente bandejasde PS expandido com filmes de PVC ou PE.• Para queijos, a embalagem deve apresentar: (1) baixa permeabilidade a umidade,evitando perda de peso e comprometimento da textura; (2) baixa permeabilidade a O2,retardando o processo de oxidação. Embalagens de PVdC a vácuo têm sido muitasvezes utilizadas para acondicionamento de queijos. 7
  8. 8. 1.2.6. Interações alimento-embalagem A adequação da embalagem ao produto minimiza as alterações indesejáveis,aumentando a estabilidade do alimento. Entretanto, em função do tempo de contatoproduto-embalagem, ocorrerão interações (exceção feita às embalagens de vidro, quenão interagem com o alimento). A compatibilidade da embalagem ao alimento reduz asinterações, mas não as evita totalmente. As interações entre embalagens metálicas e alimentos traduzem-se em corrosão(a mais importante) e sulfuração. As causas e conseqüências do processo de corrosãojá foram estudadas anteriormente. As embalagens plásticas são as que mais interagem com os alimentos, tantodiretamente (migração de monômeros e aditivos para o alimento) quanto indiretamente(interações entre o alimento e o ambiente, permitidas pela permeabilidade daembalagem).1.2.7. Presença de sabores e odores desagradáveis Além das alterações intrínsecas ao alimento que podem levar a alteraçõessensoriais, o alimento pode absorver compostos de odor e sabor provenientes doambiente (se a embalagem não conferir boa barreira a tais compostos) ou do própriomaterial de embalagem. Quanto à absorção de sabores e odores do ambiente, os alimentos ricos emlipídios são os mais susceptíveis (ex.: leite integral, manteiga). Os produtosdesidratados em pó também absorvem facilmente odores do ambiente, o que seexplica por sua grande área de superfície exposta; além disso, o aumento daconcentração resultante da secagem aumenta seu teor de lipídios, que, além deabsorverem facilmente odores do ambiente, podem produzir compostos de aromacomo resultado da oxidação. Em alimentos congelados, a absorção é menor, porque, abaixas temperaturas, tanto a pressão de vapor quanto a difusão de voláteis se reduz. Algumas hortaliças (ex.: alho, cebola, pimentão) têm compostos muito voláteis eque são facilmente percebidos nos alimentos que os absorvem. Quanto à absorção de odores e sabores provenientes da própria embalagem, amigração de monômeros ou de aditivos geralmente só é percebida sensorialmente emcasos extremos. Entretanto, pode haver migração de produtos de termodegradaçãoformados no processo de produção da embalagem, além de resíduos de solventesprovenientes das operações de laminação e impressão.1.2.8.Senescência Logo após a colheita de um vegetal ou a matança de um animal, os seus tecidossão privados de qualquer fonte externa de carbono e nitrogênio, passando então, autilizar, como fonte de energia, os carboidratos, proteínas e gorduras. Uma série dereações enzímicas normais tem continuidade num processo de envelhecimentousualmente denominado de “senescência”. Eventualmente, as fontes de energia seesgotam ou produtos desta reação são acumulados de forma a tornar o produtoinaceitável. Durante o processo de senescência, o alimento torna-se cada vez maissusceptível às invasões de microrganismos que geralmente passam a predominarcomo agente de deterioração. É importante conhecer as taxas destas reações desenescência e os parâmetros que as influenciam para uma adequada conservação “innatura” do alimento e mesmo para a boa qualidade inicial dos alimentos processados,nos quais estas reações são cessadas pela inativação das enzimas. 8
  9. 9. 2.EMBALAGENS PARA ALIMENTOS Definição Embalagem é todo acondicionante que exerça funções de proteção do alimento innatura, da matéria-prima alimentar ou do produto alimentício, temporária oupermanentemente, no decorrer de suas fases de elaboração e armazenamento. Funções das embalagens a) proteger o alimento contra contaminação ou perdas, b) facilitar e assegurar o transporte, c) facilitar a distribuição do alimento, d) identificar o fabricante e o padrão de qualidade, e) atrair a atenção do consumidor, f) instruir o consumidor no uso do produto. Requisitos de uma embalagem a) não ser tóxica e ser compatível com o alimento, b) dar proteção sanitária c) dar proteção contra a passagem de umidade, ar e luz, d) ter resistência ao impacto, e) ter boa aparência e causar boa impressão, f) facilidade de abertura, g) limitações de forma, peso e tamanha, h) transparência quando necessário, i) facilidade de eliminação, j) baixo preço. 9
  10. 10. 3.EMBALAGENS CELULÓSICAS3.1.CONSIDERAÇÕES GERAIS Os materiais celulósicos compreendem uma grande variedade de tipos que sãoutilizados para a construção de uma simples embalagem ou como componentes de umconjunto de materiais, como na formação de estruturas laminadas para embalagensmais complexas. A embalagem resultante de um único material celulósico, como ospapéis, geralmente apresenta limitações quanto aos requisitos de barreira aos gases eà umidade e de resistência mecânica. Exemplos de materiais celulósicos para uso no setor de embalagem, incluem:• filmes transparentes (celofane, acetato de celulose e etil celulose);• papéis (kraft pardo, kraft branco, monolúcido, couchê, etc.);• cartões (para cartuchos e embalagens cartonadas);• papelão ondulado (caixas de papelão);• madeiras (paletes, estrados e caixas). A origem dos materiais celulósicos de forma industrializada iniciou-se com opapel. A primeira invenção foi na China no ano 105, mas só foi produzido e utilizado em950 na Europa, e somente em 1799 é que houve sua grande evolução tecnológica,através da patente inglesa dos irmãos Fourdrinier. Atualmente, dentre as váriasindústrias deste setor, as de papel e celulose são as de maior destaque.3.2.MATÉRIA-PRIMA Para a produção de filmes, papéis, cartões e papelões, a celulose é a matéria-prima principal, de origem renovável, situação essa não existente com relação aosdemais materiais de embalagem. A madeira e o algodão, são as principais fontes paraa fabricação de embalagens celulósicas. A classificação da fonte celulósica, baseia-se nas características da madeirabem como na composição estrutural das fibras. As madeiras macias produzem fibraslongas e de maior resistência mecânica e, ao contrário, as madeiras duras consistemde fibras curtas e são utilizadas para a fabricação de papéis mais finos e de menorresistência.As fibras provenientes de troncos de árvores, são compostas de 50% de celulose, 30%de liguinina e 20% de carboidratos e resinas. Essas englobam um conjunto de fibrilas emicrofibrilas. As microfibrilas podem conter até 3 milhões de moléculas de celulose(Hanlon, 1971).As fontes celulósicas mais comuns, segundo sua origem, são:• celulose de árvores resinosas: são plantas resinosas, coníferas, de fibras longas, utilizadas para a obtenção de materiais com alta resistência mecânica, sendo o Pinus elliottii, a espécie mais utilizada. 10
  11. 11. • celulose de árvores folhosas: são plantas de tronco duro e com fibras mais curtas do que a anterior, utilizada para a obtenção de material com menor resistência mecânica, sendo as várias espécies de eucaliptos as mais economicamente utilizadas.• celulose de algodão: é a fonte celulósica mais pura, utilizada para obtenção de materiais especiais, tais como os filmes transparentes e os papéis de alta qualidade.• celulose mista: é a proveniente de vários tipos de madeiras, incluindo também materiais secundários, não homogêneos, como palhas, folhas, bagaço de cana e fibras, podendo ser utilizadas pura ou misturada com outras fontes, para melhorar suas características mecânicas.• madeiras: constituem a matéria-prima para a fabricação de caixas e paletes, podendo ser do tipo madeira maciça, aglomerada e compensada.3.3.FILMES CELULÓSICOS Os filmes celulósicos, também denominados papéis transparentes, incluem: ocelofane, o acetato de celulose e o etil celulose. Esses filmes são geralmenteutilizados combinados com outros materiais, na forma de embalagens flexíveisconvertidas, pois se usados individualmente, não apresentariam as principaiscaracterísticas necessárias aos sistemas de embalagens como barreira à umidade,termoselabilidade, resistência mecânica , dentre outras.3.3.1. Celofane Dos filmes celulósicos, o celofane é mais utilizado como material de embalagem,entretanto, tem sido substituído pelo polipropileno ou poliéster, por apresentar maiorcusto e problemas em ambientes com alta umidade relativa. Outras aplicaçõesespeciais do celofane são os envoltórios para embutidos, tais como as tripas parasalsichas, salames e mortadelas.Características Técnicas:Quadro 1 – Codificação comercial para os filmes de celofane. CÓDIGO Denominação C Colorido D ENVERNIZADO EM UM LADO L Boa barreia à umidade M Envernizado com nitrocelulose P Filme sem verniz S Com verniz termoselável U Acabamento especial para uso técnico W Filme opaco X Envernizado com cloreto de polivinilideno (PVDC) Fonte: Indústrias Votorantim S.A., 2004. 11
  12. 12. As propriedades mecânicas dos filmes de celofane dependem dos tipos equantidades de plastificantes adicionados durante o processo de fabricação. Os filmesapresentam boa resistência à tração e ao alongamento, quando em ambiente deumidade relativa em torno de 60%. Do mesmo, as propriedades de barreira são boasem ambientes secos, destacando-se a baixa permeabilidade ao oxigênio e aos aromasdos alimentos, quando envernizado. Os vernizes mais comuns são o nitrocelulose e ocloreto de polivinilideno (Quadro 1).3.3.2.PapelMatéria-prima: Conforme foi mencionado na descrição de celofane, as fibras de celulose são oscomponentes principais da estrutura dos papéis. Várias fontes vegetais podem serusadas na obtenção dessas fibras. O tamanho da fibra depende da característica damadeira, sendo que as madeiras duras contêm fibras curtas (0,5 a 1,5mm) e madeirasmacias fibras longas (2 a 5mm). As árvores mais usadas para a obtenção de fibraslongas são o Pinus elliottii e Araucaria angustifólia e para fibras curtas existem asvárias espécies de eucalipto. A resistência do papel depende do tamanho das fibras. O uso de fibras longasresulta em papel de maior resistência mecânica (sacos de papel), enquanto que asfibras curtas dão origem aos papéis de menor resistência, porém mais macios eindicados para impressão gráfica. As fibras são compostas por fibrilas e microfibrilas unidas por hemicelulose,lignina e outros carboidratos (xilose, manose, arabinose, etc). Geralmente, as madeirasconsistem de 50% de celulose, 30% de lignina e 20% de carboidratos. Em umamicrofibrila existe cerca de 3 milhões de moléculas de celulose com cadeia molecularvariando de 100 a 3000 unidades de β-1-4 glicose.Tipos de papel: O Quadro 2 mostra os principias tipos de papéis, suas características,gramatura, e aplicações no segmento de embalagens. Esses papéis são utilizados naforma simples os convertidos por sistemas especiais de embalagens, tais como atravésde laminação, recobertos com parafina, vernizes, emulsões ou revestimentos a quente(hot-melt).Quadro 2 – Exemplos de papéis utilizados em sistemas de embalagens.Tipo de papel Gramatur Características Aplicações a (g/m2)Estiva 70 a 120 Processo mecânico; baixa Embrulho rústico; tubetes(maculatura) resistência; reciclado; e cones. acinzentado.Manilhinha 40 a 45 Processo mecânico ou Embrulho e padaria. semiquímico; baixa resistência; reciclado; monolúcido; 12
  13. 13. Manilha 40 a 100 Processo mecânico e/ou Papel de embrulho, semiquímico; monolúcido; geralmente colorido (para natural ou colorido. presente).Monolúcido 40 a 50 Polpa química branqueada; Fabricação de sacos, superfície polida por laminados e rótulos. supercalandragem e carga mineral.Papel couché 40 a 60 Polpa química branqueada, Papel com ótima carga mineral mais imprimibilidade, polimento em ambos os revestimento externo de lados, superfície com brilho laminados, rótulos. e lisura.Papéis 30 a 80 Obtidos de polpa química Para alimentos embaladosimpermeáveis especial, papéis com baixa em geral, papel para permeabilidade aos lipídios, confeitarias, sacos para fabricados nas versões: cartuchos. pergaminho, glassine, granado e fosco.Papel seda 20 a 30 Polpas químicas Para embalagens de branqueada, naturais ou produtos leves e frágeis, coloridas. decorações.Papel kraft natural 30 a 150 Polpa de fibra longa por Sacos multifoliados, sacos processo sulfato, cor natural industriais, cimento, parda ou em cores, boa produtos para resistência mecânica. desidratados.Papel kraft branco 40 a 60 Polpa de fibra longa por Sacos multifoliados, sacos processo sulfato, cor branca, para açúcar refinado, boa resistência mecânica. farinhas, fubá pré-cozido. Além das várias aplicações já citadas, os papéis são bastante usados para afabricação de embalagens simples (primárias) a exemplo dos sacos de papel. Quando o papel é combinado com materiais termoplásticos, os sacos de papelapresentam melhores características de barreira, sendo geralmente fabricados portermoselagem. Caso contrário, precisam de fechamento por colagem, por costura, porfita adesiva ou por amarração. Exemplos de sacos de papel incluem: sacos termoselados, sacos com fundoplano, sacos com fundo plano colado e simples, sacos com fundo reto colado e ladosanfonado, sacos com fundo reto costurado e lado sanfonado, sacos com fundo retocolado e lado simples, sacos com fundo reto costurado e lado simples, sacosvalvulados.3.3.3.Cartões Os cartões e papelões apresentam basicamente a mesma composição dospapéis, diferindo, entretanto, com base na gramatura, tipo de polpa e acabamento dasuperfície. Geralmente, os cartões apresentam espessura superior a 300μm egramatura na faixa de 120 a 700 g/m2 e os papelões acima de 1.000 μm. 13
  14. 14. Tipos de cartões: Com relação ao número de camadas de fibras que compõem a estrutura, oscartões são classificados em simplex ou monoplex, duplex, triplex, etc. Podem serfeitos com polpas químicas, mecânicas, virgens ou reciclada, branqueada ou natural. A camada externa do cartão duplex é denominada forro e a interna é o suporte.Enquanto que no cartão triplex existe uma outra camada denominada intermediária.Para diminuir o custo do cartão, geralmente a camada intermediária é feita de polpareciclada e não branqueada. Para obter um cartão com melhor apresentação e recursos gráficos, utiliza-se apolpa branqueada no forro. Também, para embalagens mais apresentáveis ou paraalimentos congelados, utilizam-se cartões com polpa branqueada em todas ascamadas, ou seja, cartões de massa única. Produtos alimentícios que entrarão em contato direto com o cartão requerempolpa branqueada e não reciclada. Às vezes, esses cartões são revestidos comparafinas ou filmes plásticos, principalmente quando for um alimento úmido como, porexemplo, carnes e massas. Tais revestimentos melhoram, além da barreira à umidade,a resistência aos óleos e gorduras. Quando se utilizam outros componentes de barreira, como o alumínio, o cartãoduplex, por exemplo, constitui um dos principais componentes das estruturaslaminadas para a fabricação das embalagens cartonadas para leite longa vida e outrosprodutos.3.3.4.Embalagens Laminadas Os materiais celulósicos em geral, exceto os filmes, apresentam pouca barreiraaos gases e vapor de água. As embalagens laminadas, entretanto, são de alta barreira,devido à folha de alumínio e/ou filmes plásticos existentes na composição estrutural domaterial laminado. Exemplos dessas embalagens são as utilizadas em sistemasassépticos e as denominadas latas compostas.Laminados especiais: Exemplos desses materiais são os laminados utilizados para fabricação dasembalagens cartonadas semi-rígidas para produtos acondicionados por sistemasassépticos ou para pasteurizados. O cartão duplex confere à embalagem a resistênciamecânica e a rigidez necessária para possibilitar a fabricação das diversas formasexistentes no mercado. Quando se necessita de alta barreira, a estrutura possui uma folha de alumíniocomo nas embalagens para leite e derivados, sucos de fruta, derivados de tomate,óleos, etc. Mas para produtos cuja vida-de-prateleira é menor, alimentos pasteurizados,a estrutura é composta somente pelos demais materiais. As embalagens são feitas por máquinas específicas que forma, enche e sela emuma só operação, denominadas máquinas do tipo form/feel/seal.Latas compostas: As estruturas laminadas, cujo corpo tubular recebe nas extremidades discosmetálicos, são denominadas lata composta, pois é uma composição similar às latas e 14
  15. 15. às embalagens cartonadas. O corpo da lata composta é um laminado semelhante aodescrito acima, porém com características bem distintas, também fabricado porprocesso bem diferente. O tubo cilíndrico das latas compostas contém três elementos básicos:revestimento interno (liner), o corpo (alma), e o revestimento externo (rótulo). Orevestimento interno, é o responsável pela barreira, geralmente conferida por uma folhade alumínio. Quando não há necessidade de muita barreira, esse é composto de papele polietileno. O corpo é um cartão de fibra longa (tipo kraft), é o responsável pela formae resistência da lata composta. O rótulo é a parte externa contendo as informaçõesgráficas sobre o produto, podendo ser um laminado de papel/polietileno ou também dotipo papel/polietileno/alumínio, para produtos que necessitam barreira ao oxigênio e àumidade. As extremidades das latas compostas (tampa e fundo) são feitas geralmente defolhas-de-flandres. Semelhante às latas, essas extremidades são recravadas ao tubode modo a proporcionar adequada integridade do sistema de fechamento. As latas compostas são muito utilizadas para o acondicionamento de óleoslubrificantes. São adequadas também para produtos desidratados, óleos comestíveis,fermento em pó, castanhas, etc.; tais aplicações tem sido limitadas devido ao fatorcusto, em relação aos demais sistemas de embalagens.3.3.5.Papelão OnduladoConsiderações Gerais: As caixas de papelão ondulado são amplamente utilizadas como embalagenssecundárias que facilitam o transporte e a distribuição das embalagens primárias ou deconsumo. São feitas de papelão ondulado, cuja resistência depende da origem damatéria prima utilizada na obtenção de seus componentes. Por apresentarem bomdesempenho mecânico e baixo custo, o uso do papelão ondulado tem aumentado, atésubstituindo outros sistemas de transporte de mercadorias como as sacarias, as caixasplásticas e de madeira. As funções básicas das embalagens de papelão ondulado incluem: a contenção,o transporte e movimentação, a proteção, a identificação e marketing dos produtos porelas acondicionados. As caixas de papelão ondulado constituem os principaiscomponentes dos sistemas integrados de comercialização, ou seja, das modalidadeslogísticas de distribuição e movimentação de produtos industrializados tanto nomercado interno e de exportação.Estrutura básica: O papelão ondulado é composto de superfícies planas, contendo no interior,papel ondulado unidas por adesivo. As características do papelão ondulado dependemda matéria prima utilizada e dos processos de fabricação dos seus componentes(capas e miolo). Quanto maior e mais íntegras forem as fibras, maior será a resistênciaao empilhamento e aos outros esforços mecânicos durante o uso. As capas quandofeitas de material virgem (papel Kraft liner e test liner), apresentam melhordesempenho, já que a reciclagem diminui o comprimento e enfraquecem as fibras; omiolo geralmente é proveniente de processo semiquímico ou polpa reciclada. 15
  16. 16. As espessuras do papelão ondulado variam conforme o tipo de onda desejadobem como em função do desgaste do cilindro ondulador. O Quadro 3 mostra aclassificação de papelão ondulado em função do tipo de onda, número de ondas porunidade linear e resistência ao esmagamento.Quadro 3–Tipos de papelão ondulado em função da espessura, quantidade de ondas eresistência ao esmagamento.Tipo de onda Espessura (mm) Ondas por 10 cm Resistência ao esmagamento (psi)A 4,5 a 5,0 11 a 13 40C 3,5 a 4,0 13 a 15 50B 2,4 a 3,0 16 a 18 57E 1,2 a 1,5 31 a 38 140Fonte: Hanlon, 1971.Tipos de papelão ondulado: O papelão ondulado pode ser de face simples, parede simples, parede dupla,tripla ou múltipla. Os tipos C e B são utilizados para parede simples ou na combinaçãoBC para parede dupla. Para produtos que precisam de maior proteção, como garrafasde vidro, o tipo C é mais indicado. Quando o produto apresenta boa resistência aoempilhamento, como as latas de conservas, utiliza-se o tipo B, ondulação essa commaior resistência ao esmagamento. Essas estruturas são feitas em maquinas onduladeiras, que através do uso devapor e cola, agrupam os componentes em um processo contínuo de fabricação. Aondulação deverá ficar no sentido vertical, para aumentar a resistência e melhorar odesempenho da estrutura das caixas, durante as operações de estocagem etransporte.Caixas de papelão ondulado: O desenvolvimento de embalagens de papelão ondulado envolve várias etapas,com base nas características do produto a ser acondicionado, nas possíveisdimensões, no tipo de fechamento, no tipo de selagem e formato final da caixa. Para um adequado desenvolvimento, visando melhor proteção, menor índice deperdas e maior economia, as seguintes considerações são importantes (ABPO/IMAM,1993): • Características do produto a ser embalado (tipo, dimensões, peso e quantidade); • Condições de armazenagem da embalagem de transporte e do produto embalado; • Empilhamento (número de caixas, no depósito, no transporte e no destino); • Meios de transporte (rodoviário, aéreo, marítimos, ferroviários ou combinados); • Mercado de destino (doméstico ou exportação); • Tempo de armazenagem; • Condições climáticas (antes, durante e após o transporte); • Condições de movimentação. 16
  17. 17. O fechamento corresponde à fixação da orelha da caixa por meio de grampos oucola, enquanto que a selagem é a fixação das abas também por grampos, cola ou fita. As dimensões deverão seguir a ordem: comprimento (C) x largura (L) x altura(A). O comprimento deverá ser maior ou igual à largura e a altura poderá ser tantomaior ou menor do que as outras dimensões. Todas essas dimensões são internas eem milímetros. Vários são os possíveis tipos de caixas, mas as mais utilizadas são as do tiponormal denominada 0201, pertencentes ao Grupo 02 da NBR 5980 da AssociaçãoBrasileira de Normas Técnicas (ABNT). A otimização do dimensionamento permite obter uma considerável economia,pois cerca de 60% do custo depende da quantidade de papelão ondulado envolvido nafabricação da caixa. Quando possível, é importante adequar o arranjo das embalagens primárias oude consumo, para se obter o melhor dimensionamento. A relação mais econômicapara caixas do tipo 0201 ocorre quando C = 2L = A ou 2:1:2. Enquanto que as relações1:1:1 e 2:2:1 resultam num aumento na quantidade de material na ordem de 12 e 33%,respectivamente, para um mesmo volume de caixa. Isso se deve, em parte, aoaumento da área da caixa devido ao maior tamanho das abas. Quando a tampa efundo da caixa situam-se na face de menor dimensão, obtém-se maior economia dematerial. Portanto, deve-se fazer a melhor disposição das embalagens dentro da caixa,para se obter maior redução de custo. Mesmo existindo a possibilidade de otimização dimensional, às vezes o formatoda caixa é definido por outras razões técnicas de manuseio ou devido à necessidadede maior transferência de calor nos sistemas de refrigeração. Nestas circunstâncias, arelação 2:2:1 são as mais indicadas, mesmo sendo as caixas menos econômicas.Deve-se, também, considerar as dimensões do palete, pois o melhor aproveitamentovolumétrico da unidade peletizada poderá ser o fator determinante do custo do sistemade estocagem e distribuição nas etapas de comercialização de determinado produto.3.3.6. Caixas de Madeira As caixas de papelão ondulado constituem uma das melhores opções para oacondicionamento de produtos industrializados, enquanto que as caixas de madeirasão mais utilizadas para matéria-prima e em especial para os produtoshortifrutigranjeiros, principalmente quando feitas de madeira serrada. Existem vários tipos de caixas, dependendo de sua aplicação e tipo de produto aser acondicionado. Os materiais utilizáveis podem ser: madeira serrada, madeira laminada, madeiracompensada, madeira faqueada, chapas de fibras e chapas de aglomerados. Asmadeiras serradas são classificadas em três grupos, com base na densidade e durezadas espécies de árvores utilizadas.3.3.7. Sacos Têxteis Outras categorias de materiais celulósicos para embalagem são os sacostêxteis, geralmente utilizados para produtos agrícolas e matérias-primas para asindústrias de alimentos. Quando na forma mais rústicas, existem os sacos de fibras de 17
  18. 18. juta e, para materiais industrializados como açúcar cristal e farinhas, existem os sacosde algodão. Esses sacos, geralmente com capacidade para 50kg de peso líquido, podem serfabricados sem costura (com tecido tubular) ou com costura lateral, contendo o fundocom costuras simples, dupla ou tripla.3.3.8. Barril de Madeira O barril de madeira representa as situações típicas de recipientes de origemcelulósica, fabricados com madeiras especiais a exemplo do carvalho. São indicadosbasicamente para o acondicionamento de bebidas alcoólicas, ou para conservas econdimentos. Devido sua construção ser geralmente artesanal, são mais caros, em relaçãoaos demais materiais de embalagem.3.3.9. Paletes de Madeira Os paletes constituem os principais componentes das cargas unitizadas, atravésda paletização. A unitização consiste no agrupamento de unidades ou embalagens,para facilitar e otimizar a movimentação através de sistema integrado, durante aestocagem transporte e distribuição de produtos industrializados. Além da redução doscustos de comercialização, a unitização também permite reduzir perdas pois conferemaior proteção aos produtos acondicionados. Os paletes, na sua maioria de madeira, são plataformas compatíveis aosformatos dos produtos e dispositivos de movimentação possuem várias formas edimensões. Os dispositivos para movimentação das cargas paletizadas são aspaleteiras manuais, transpaleteiras, empilhadeiras, plataformas e guindastes. Os paletes de madeira podem ser fabricados a partir de madeira serrada,aglomerada e compensada. Outros materiais celulósicos como o papelão ondulado eas chapas rígidas, são também utilizados. Outros materiais como os metálicos (aço e alumínio) e os plásticos (polietilenode alta densidade), são as alternativas aos de natureza celulósica. Às vezes são feitoscom materiais mistos, tais como aço e madeira, aço e plástico, papelão e plástico, etc. Os paletes celulósicos apresentam vida útil dependendo do material utilizado.Podem ser descartáveis (one way) ou reutilizáveis com durabilidade de até 10 anosquando feito com madeira de boa qualidade e uso adequado. Os descartáveis sãogeralmente feitos de madeiras oriundas de pinus ou de eucaliptos. São várias as possíveis dimensões dos paletes, pois essas dependem dasdimensões do produto. Para um melhor aproveitamento da unidade paletizada, deve-seotimizar as dimensões para se obter a melhor eficiência volumétrica de armazenageme transporte. O palete quadrado de 1100 x 1100mm é o que apresenta melhor relaçãodimensional. Entretanto, o palete 1000 x 1200mm é o modelo padronizado pelossupermercados, também denominado palete PBR (padrão brasileiro).3.4.CONTROLE DE QUALIDADE DE EMBALAGENS CELULÓSICAS3.4.1.Especificação das Dimensões de EmbalagensObjetivo: Determinar a dimensão e a capacidade volumétrica de vários tipos deembalagensa) Determinação da dimensão 18
  19. 19. Material:-Amostras de embalagem -Micrômetro-Paquímetro -RéguaProcedimento:-Escolher amostras de embalagem para fazer as medidas de dimensão, sendo:Embalagens flexíveis plásticas, Embalagens plásticas rígidas, Recipientes metálicos,Recipientes de vidro, Embalagens celulósicasb) Determinação da capacidade volumétricaMaterial:-Amostras de embalagens rígidas: garrafas plásticas, - Provetade vidro e recipientes metálicos. - Termômetro-Balança -Água destiladaProcedimento: - Escolher uma embalagem - Pesar a embalagem vazia (anotar) - Preencher a embalagem com água destilada - Medir a temperatura da água (anotar) - Pesar a embalagem com água (anotar) - Determinar o volume de água destilada pela fórmula da densidade, considerando a tabela de variação de densidade com a temperatura.Drenar a água da embalagem em uma proveta e comparar o volume medido com ovolume calculado.3.4.2.Propriedades Mecânicas de Papel, Cartão e Papelãoa) Resistência de coluna e ao esmagamento da onda de papelão onduladoMaterial:- Equipamento Crush Tester- Amostras de papelão ondulado- Cortador de corpos de prova- Suporte fixador dos corpos de provaProcedimento:- Os corpos de prova devem ser condicionados de acordo com a NBR 6733: T= (20+2)o C e UR = (65+2)%, salvo determinação em contrário. - Salvo condições especiais, são utilizados 10 corpos de prova, retirados da chapa ou da caixa, de áreas sem impressão, marcas e/ou quaisquer danos. -Para resistência a compressão de coluna:- Cortar o papelão de modo a obter um corpo de prova retangular, com largura de 63+0,5mm e comprimento de 100 + 0,5 mm.- Os cortes devem ser paralelos, retilíneos, com bordas lisas, perpendiculares àssuperfícies das chapas, e sem amassamento das ondas.Para resistência ao esmagamento:- Cortar o corpo de prova na forma circular utilizando o cortador específico- Comprimir os corpos de prova até o colapso total do corpo ou das ondas. 19
  20. 20. - Acionada a prensa, o ponteiro do dinamômetro irá deslocar o indicador, que marcaráo valor no momento do colapso.- A resistência à compressão de coluna é dada em N/cm. Para transformar de kgf/cmpara N/cm multiplica-se por 9,8067.- A resistência ao esmagamento (E[kPa]) é dada pela equação: E = F*98,067/AOnde: F= força no momento do colapso em kgf e A= área do corpo de prova em cm2b) Absorção de águaObjetivo: Determinar a absorção de água em amostras de papel.Material:-Aparelho Cobb Tester-Amostras de papel (125x125mm)-Balança-Cronômetro-Rolo de compressão de 10KgProcedimento:-Cortar os corpos-de-prova com dimensão superior ao diâmetro do anel(125mmx125mm), pesá-los e fixá-los no dispositivo, deixando a face a ser testada paracima.-Adicionar, 100mL de água destilada dentro do anel e cronometrar 120 segundos(dependendo da absorção do material, o tempo poderá ser de 30, 60 ou 300segundos).-Após este tempo, retirar a água sem molhar a parte externa ao anel, e remover oexcesso de água superficial da amostra, pressionando-a entre duas folhas de papelabsorvente, ou utilizando-se o rolo condicionador.-Repesar a amostra e calcular em g/m2, multiplicando-se o valor por 100.-Calcular o valor médio e o desvio padrão, considerando-se no mínimo 5 amostras. 20
  21. 21. 4.EMBALAGENS METÁLICAS4.1.CONSIDERAÇÕES GERAIS Os materiais metálicos empregados nos sistemas de embalagens incluembasicamente os derivados do aço e os de alumínio, os quais são utilizados para afabricação de latas, tampas, baldes, tambores e containeres. Dependendo dasespecificações, em função das exigências específicas de cada produto, existem váriasconfigurações com relação aos metais componentes do aço e das ligas de alumínio.Este capítulo dará ênfase às latas utilizáveis no segmento alimentício, buscandodiscutir os aspectos de qualidade das embalagens para se obter uma maior vida-de-prateleira do produto. O Brasil possui uma boa capacidade de produção de embalagens metálicas. Acapacidade para folhas de aço tem sido altamente suficiente, possibilitando aexportação de cerca de 40% da produção nacional; atualmente a capacidade deprodução de latas de alumínio ultrapassa 14 bilhões de latas/ano. A reciclagem de latasde alumínio conquistou um grande destaque mundial. Hoje são recicladas mais de87% da produção nacional e, entre os países em que a reciclagem não é obrigatória, oBrasil ocupa o primeiro lugar, seguido pelo Japão (83%) e EUA (53%), segundo dadosda. Dentre as folhas de aço, as folhas-de-flandres constituem o maior mercado. Sãousadas para a fabricação de latas de três pecas, latas retangulares, latas de duaspeças, latas compostas, latas trapezoidais, latas para aerossóis e baldes. Os óleoscomestíveis representam o principal mercado de latas de três peças, seguido por leiteem pó e vegetais em conservas. As folhas cromadas são bem usadas para fabricaçãode tampas/fundos, rolhas metálicas e latas para pescados. Existem mais de 60empresas brasileiras transformadoras de folhas de aço em embalagens.4.2.PRÓS E CONTRAS As embalagens metálicas, em especial as de aço, apresentam uma extensarelação de pontos fortes e fracos, em relação aos outros materiais, a saber:Pontos fortes - Barreira aos gases, aromas e odores; hermeticidade, resistênciatérmica; resistência mecânica; versatilidade de formatos e tamanhos; boaapresentação visual, boa variedade de aplicações, proteção ao produto, resistência aosinsetos e roedores; reciclabilidade; velocidade de fabricação, etc.Pontos fracos – Corrosão interna e externa, quando mal especificada; não visualiza oproduto; tampa convencional com difícil abertura; não apropriada para uso emmicroondas; maior custo e peso, em relação às embalagens plásticas; etc. As embalagens de alumínio apresentam características semelhantes às citadasacima, todavia, destacam-se a resistência à corrosão atmosférica, a condutividadeelétrica e o efeito visual da superfície a qual reforça sua nobreza. Em contra partida,apresenta-se como um dos materiais de maior custo em relação aos demais metálicos,plásticos, celulósicos e de vidro. Também, não é viável tecnicamente, a fabricação delatas de três peças, devido à dificuldade de fechamento do corpo pelos processosusados nas latas de aço; devido a menor resistência à deformação, as latas de 21
  22. 22. alumínio de formato cilíndrico geralmente requerem a injeção do gás carbônico ou donitrogênio ao produto, para evitar o amassamento durante a comercialização.4.3.COMPETITIVIDADE As embalagens metálicas apresentam baixo poder de competitividade, comrelação ao fator custo. Com relação às latas de aço, considerando-se odesenvolvimento da solda elétrica, foi possível uma grande redução na espessura dasfolhas. Com esse tipo de solda, foram possíveis as fabricações de latas com osreforços circulares (beads), para aumentar a resistência mecânica e evitar osamassamentos e a colapsagem do corpo das latas mais finas; latas com solda dechumbo/estanho não permitiam tais reforços. O processo de laminação com duplaredução (DR), resulta em folhas mais finas e com maior dureza, permitindo àfabricação de latas com maior resistência ao amassamento. O uso fé folhas mais finas possibilitou, também, o desenvolvimento da micro-recravação, por sua vez mais econômica e atraente do que a recravação convencional.Folhas com espessura de 0,22mm foram reduzidas para 0,16mm, o que corresponde àcerca de 14% de redução no custo de uma lata com capacidade para 500 gamas deproduto. A redução na espessura das latas para óleos permitiu sua competitividade,ameaçada pelos sistemas de embalagens cartonadas e pelas garrafas depolitereftalato de etileno (PET). Atualmente, as latas para óleos apresentam corpo com0,14mm e tampa/fundo com 0,16 a 0,18mm. A melhoria na qualidade dos revestimentos internos (vernizes), permitiu autilização de folhas-de-flandres mais competitivas (com menor estanhagem), semcomprometer a vida útil do produto. Exemplos destes revestimentos especiais incluem:os vernizes solúveis em água, os vernizes com alto teor de sólidos, os vernizesesmatados e os eletrostáticos.4.4. TIPOS DE EMBALAGENS METÁLICAS4.4.1.Folhas de Aço-Carbono As embalagens metálicas derivadas do aço-carbono são fabricadas a partir dasfolhas-de-flandres (FF), folhas cromadas (FC), folhas-não-revestidas (FNR) e chapaszincadas. Todas essas estruturas têm em comum o aço-base, cujas característicasdependem da composição química dos metais envolvidos na fabricação da liga de açoe dos processos de laminação das folhas. Essas folhas são materiais planos, contendoaço de baixo teor de carbono, revestidas com estanho (FF) ou com cromo (FC). O aço-base é a matéria-prima para a produção das embalagens metálicas,disponíveis na forma de bobinas ou de folhas. A nível nacional, sua produção iniciou-se em 1946 pela Companhia Siderúrgica Nacional (CSN), empresa que se consolidoucomo uma líder mundial neste segmento. Para a produção do aço-base, uma ampla seqüência de processos siderúrgicossão envolvidos, sendo que a composição química em termos valores percentuais dosmetais residuais irá definir os diferentes tipos de aço-base, conforme mostra a Quadro4. 22
  23. 23. A resistência do aço-base à corrosão depende de sua composição química. Oselementos, enxofre, cobre e fósforo, são os que mais aceleram a corrosão. O aço-basetipo L é indicado para produtos ácidos e que contém muito fósforo. O tipo MR é de usogeral e o D é para produtos pouco agressivos.Quadro 4 – Classificação dos tipos de aço-base em função da composição química(%).Tipo C Mn P S Si Cu Ni Cr MoTipo MR 0,13 0,60 0,02 0,05 0,02 0,20 0,15 0,10 0,05Tipo D 0,12 0,60 0,02 0,05 0,02 0,20 0,15 0,10 0,05Tipo L 0,13 0,60 0,015 0,05 0,02 0,06 0,04 0,06 0,05Fonte: CSN, 2004.Folhas-de-flandres (FF) O aço-base pode receber revestimento de estanho de diferentes tipos,caracterizando-se desta forma as diversas modalidades de folhas-de-flandres (Figura1). A quantidade de estanho, depositado eletroliticamente sobre o aço, pode ser igualem ambas às faces ou em quantidade diferenciada. Quando a quantidade de estanho éa mesma, denomina-se revestimento normal (N) e quando a quantidade é desigual,tem-se o revestimento diferencial (D). O Quadro 5 mostra os valores de estanhagemmais usuais bem como suas denominações. Para as folhas-de-flandres diferenciaisexiste uma marcação característica para se identificar às faces com maior ou menorrevestimento.Figura 1 - Ilustração de uma folha-de-flandres, mostrando os componentes estruturaisde um dos lados. Para folhas cromadas, as camadas acima do aço-base serão de 23
  24. 24. cromo e óxido de cromo, ou sem nenhuma camada de metais, quando for uma folhanão revestida. A estanhagem, feita por um processo contínuo de eletrodeposição do estanho, édenominada pela CSN como Ferrostan, o qual confere às folhas boa resistência àcorrosão, resistência mecânica e soldabilidade.Quadro 5 – Folhas-de-Flandres com Revestimento Normal (N). Revestimento Massa Mínima de Sn Depositada - g/m2 Mínimo Individual Mínimo do ensaio Triplo E 1,1/1,1 0,72 0,90 E 2,0/2,0 1,36 1,70 E 2,8/2,8 1,97 2,46 E 5,6/5,6 4,21 5,26 E 8,4/8,4 6,27 7,84 E 11,2/11,2 8,06 10,08 Fonte: CSN, 2004.Folhas cromadas (FC) As folhas cromadas diferem das folhas-de-flandres ao receberem o revestimentode cromo (Cr) e seu óxido (CrO) ao invés de estanho, entretanto utilizam-se osmesmos tipos de aço-base. O revestimento nominal de cromo metálico é de 60 mg/m2,sendo que os valores mínimo e máximo são 30 e 140 mg/m2, respectivamente. A resistência à corrosão das folhas cromadas é conferida pela camada deóxido de cromo que se forma sobre o cromo metálico. A camada de óxido aumenta abarreira de isolamento do aço-base, evitando desta forma a ação drástica dos ácidosorgânicos dissociados nos alimentos agressivos, ou seja, naqueles com baixo valor depH.Folha estanho-cromo (Stancrom) A folha-de-flandres tipo stancrom, apresenta uma configuração intermediária erepresentativa das FF e FC. A estanhagem mínima desta folha, determinada por ensaiotriplo, é de 0,80g/m2. Sua indicação é para alimentos pouco agressivos, permitindoassim a especificação de uma folha metálica de menor custo. 24
  25. 25. Quadro 6 – Folhas-de-Flandres com Revestimento Diferencial (D). Revestimento Massa Mínima de Sn Depositada - g/m2 Mínimo Individual Mínimo do Ensaio triplo D 1,1/0 0,72 0 0,90 0 D 2,8/1,1 1,36 0,72 1,70 0,90 D 5,6/2,8 1,97 1,97 2,46 2,46 D 8,4/2,8 4,21 1,97 5,26 2,46 D 8,4/ 5,6 6,27 4,21 7,84 5,26 D 11,2/2,8 8,06 1,97 10,08 2,46 D 11,2/5,6 8,06 4,21 10,08 5,26 Fonte: CSN, 2004.4.4.2. Folhas de Alumínio O alumínio é um dos metais mais abundantes na superfície terrestre, geralmentese encontra oxidado, ou quando na forma de metal, apresenta uma resistente camadadevido ao processo natural de passivação, causado pelo contato com o oxigênioatmosférico. O alumínio é extraído da mineração de jazidas de bauxita. O processo consistena purificação da bauxita por reações alcalinas para produção da alumina e através deeletrólise faz-se a redução do metal oxidado à forma metálica. O resultado do processoé o lingote de alumínio, matéria-prima para a fundição e produção das ligas comcaracterísticas específicas para os diversos setores industriais.Laminados Em função da espessura, os laminados de alumínio classificam-se em: chapas efolhas. As chapas apresentam espessura superior 0,15mm, disponíveis nas formasplanas, bobinas e discos. As folhas utilizadas no segmento de embalagens flexíveis apresentamespessura variável com tipo de aplicação, geralmente acima de 0,005mm; quantomenor a espessura maior é a possibilidade de formação de microfuros. Acima de0,025mm a quantidade de microfuros fica reduzida, espessura acima da qual tornam asfolhas de alumínio um material impermeável ou de máxima barreira aos gases e vaporde água (Hanlon, 1971).4.5.VERNIZESGeneralidades Os vernizes são revestimentos orgânicos poliméricos, derivados de resinas eóleos naturais ou produzidos sinteticamente. Dentre suas várias funções, destaca-se oseu efeito de proteção contra a corrosão, pois funciona como uma barreira deisolamento entre o produto e a superfície metálica da embalagem, sendo tambémdenominados revestimentos de proteção (protective coatings). Tal proteção reduztambém a migração de metais para o produto. 25
  26. 26. Sua evolução tecnológica ocorreu em paralelo com as alterações na estruturametálica das embalagens. Ao se reduzir o teor de estanho das folhas-de-flandres, porexemplo, implicará numa maior porosidade da camada de estanho e, comoconseqüência, maior será a corrosão do aço-base. Também, os problemas desulfuração na superfície do estanho forçaram ao desenvolvimento de vernizesespeciais como os óleos-resinosos com óxido de zinco, bem como o uso das folhascromadas e de alumínio, as quais só poderão ser utilizadas para alimentos quandoenvernizadas.Aspectos Legais Os vernizes para embalagens de alimentos têm que ser do tipo sanitário, ouseja, precisam da aprovação legal que garante seu uso com relação às exigênciastoxicológicas. Tal exigência estabelece que todos os componentes do verniz precisamconstar da lista positiva que relaciona os compostos orgânicos e inorgânicos combaixo potencial de toxicidade. Os limites de migração deverão ser avaliados conforme as normas técnicasespecíficas para cada caso. O Quadro 7 relaciona alguns parâmetros e testesgeralmente feitos nos vernizes para embalagens de alimentos.Quadro 7 – Testes exigidos na aprovação de vernizes para contato com alimento. Características Método/equipamento -Resistência à adesão -Teste da fita adesiva -Resistência à esterilização -Nenhuma absorção de água e redução da aderência a 121°C -Resistência ao enxofre -Teste de cistina -Teste de porosidade -Teste de sulfato de cobre -Resistência ácida -Ácido acético, lático, cítrico mais cloreto de sódio e açúcar -Inerticidade ao sabor e aroma -Após esterilização em água -Resistência à temperatura de -Nenhuma dissolução soldagem -Nas operações de fabricação da -Flexibilidade embalagem -Espessura do filme -Nas medidas destrutivas e não destrutivas -Resíduo de solvente -Método da lata quenteFonte: FAO, 1986.Tipos de vernizes Aos primeiros vernizes desenvolvidos, cabem às resinas de origem natural, masatualmente existe uma grande variedade dos obtidos por processos de polimerização.As principais resinas que compõem as formulações dos vernizes incluem: asoleoresinosas, as fenólicas, as epóxicas, as vinílicas, as butadiênicas e as acrílicas. Através do ajuste da formulação, obtém-se as características necessárias àadequação do verniz aos diversos requisitos técnicos como: eficiência como barreira deproteção, flexibilidade, aderência, custo, etc. Algumas resinas são misturadas para seobter um verniz com melhor desempenho. Por exemplo, as epoxifenólicas apresentam 26
  27. 27. a boa resistência ao enxofre das fenólicas e a flexibilidade das epóxicas, portanto sãoconsideradas de uso geral no setor alimentício. O Quadro 8 mostra as características e aplicações dos principais vernizessanitários para alimentos.Quadro 8 - Características e exemplos de aplicações de alguns vernizes.Verniz Peso seco Espessura Aplicações Comentários (g/m2) (μm)Fenólico 3,5 a 5,0 2a3 Frutas, Baixa porosidade; vegetais e baixo custo; pouco carne. flexível; podem causar gosto ruim ao produto.Epóxico 4,0 a 6,0 4,5 a 6,5 Frutas, Boa aderência; vegetais, usado como verniz carne. base para latas de alumínio.Epoxi-fenólico 4,5 a 5,5 4a6 Frutas, Verniz de uso geral; vegetais, apresenta as conservas em vantagens geral, carne, combinadas das cervejas. resinas básicas; com alumínio para carne.Óleo resinoso 4,5 a 6,0 4a6 Produtos Baixo custo, pouca ácidos e aderência Óleos.Óleo resinoso 5,0 a 7,0 4,5 a 7,5 Milho, ervilha e Devido ao zinco,e óxido de produtos que não pode ser usadozinco liberam para frutas ácidas enxofre.Acrílico 6,5 a 10,0 14 a 17 Conservas em Transparentes ou geral e sopas. esmaltados, interior e exteriorButadiênico 4,0 a 6,0 5 a 6,5 Cerveja, Baixa porosidade, refrigerantes, Maior custo relativo vegetais, sopas.Vinílico 5,5 a 6,5 6a8 Cerveja e Segunda camada, refrigerantes. sensível aos processos térmicos, boa barreiraUrêico 4,5 a 6,5 5a7 Frutas e Verniz de base para vegetais latas de alumínio. 27
  28. 28. 4.6.CONTROLE DE QUALIDADE DE EMBALAGENS METÁLICAS4.6.1.Controle de qualidade de vernizesObjetivo: Determinar o peso seco e realizar os testes de aderência, cozimento eporosidade. Tais informações são importantes para especificação técnica de latas paraalimentos, visando atender aos requisitos de proteção e otimização de custo.Material necessário:-Balança de precisão (0,1mg) -Solução de soda cáustica-Gabaritos -Solvente para remoção de vernizes-Folhas metálicas ou latas envernizadas -Vidraria-EstufaProcedimento:a)Teste de aderência-Reticular um pedaço de amostra (ver Figura 1), usando gabarito;-Aderir uma fita adesiva de 2cm de largura sobre os quadriculados;-Puxar a fita rapidamente para cima;-Avaliar a aderência ou o grau de destacamento do verniz, conforme o Quadro 1.b)Teste de cozimento-Aplicar metil-etil-cetona com algodão, fazendo movimentos de fricção sobre a amostraenvernizada durante 20 segundos, sempre em um mesmo sentido. O cozimento é considerado satisfatório quando não há remoção de verniz, apósefetuada a fricção da amostra.c) Teste de Porosidade A porosidade de uma camada de verniz é proveniente de várias causas:viscosidade inadequada do verniz antes da aplicação, presença de partículasinsolúveis no verniz ou nas superfícies de contato (cilindros e folhas) e baixo teor desólidos no solvente. Quanto maior a porosidade maior a possibilidade de corrosãolocalizada.Teste Químico Consiste no uso de soluções corrosivas que atacam a superfície do metal, quefica exposta devido a porosidade do verniz.-Cortar a mostra;-Limpar com água, sabão, acetona e secar;-Despejar a solução corrosiva (CuSO4 em meio ácido) sobre a amostra e deixar por 2minutos;-Lavar, enxugar e verificar pontos de cor de cobre metálico, especificando o número deporos por cm2.d)Determinação do Peso Seco-Cortar as amostras com gabarito ou prensas de corte;-Para amostras litografadas, remover a litografia (tinta+verniz externo) com palha deaço; 28
  29. 29. -Lavar a amostra com água e sabão, e secá-la com jato de ar quente;-Determinar o peso inicial (Pi) em balança analítica;-Remover o verniz com o solvente adequado ou com soda cáustica a 10% em ebulição; -Certificar-se da completa remoção do verniz, lavar a amostra e secar com jato de arquente;-Repesar a amostra sem o verniz, determinando o peso final (Pf) em balança analítica.Apresentação dos resultados A quantidade de verniz deverá ser calculada por diferença dos pesos obtidos e oseu valor médio expresso em g/m2, a saber:Peso seco = [(Pi-Pf)/área da amostra] x 10.000Outros testes“MIKROTEST”: Aparelho específico para teste de vernizes que mede a forçaeletromagnética e sua correlação com a espessura do verniz e sua porosidade.Teste Eletrolítico: Medida da corrente elétrica, em função da porosidade, utilizando-secuba eletrolítica ou a própria lata. A formação de pontos de corrosão no vernizevidencia os poros e permite quantifica-los por unidade de superfície exposta (Figura2). A medida de amperagem pode ser também usada para correlacionar com aporosidade.e) Identificação de vernizesObjetivo: Identificar o verniz aplicado a amostras de embalagens metálicas através demétodos empíricos.Material necessário:-Álcool metílico -Bico de Bunsen-Clorofórmio -Chapa de aquecimento-Etil oxitol (celusolve) -Haste de cobre-Soda cáustica -Lupa-Ácido sulfúrico concentrado -Tubos de ensaio e pinças-Papel de filtroProcedimento:Executar os testes descritos na seqüência abaixo e identificar o verniz utilizando oQuadro 2.1. Teste da mistura de clorofórmio e álcool metílico Colocar pedaços da amostra envernizada em um tubo de ensaio e adicionar amistura clorofórmio:metanol(10:1). Logo em seguida, retirar a amostra e anotar asalterações visuais e de aderência do verniz.2. Teste da soda cáustica fria Colocar em um tubo de ensaio a solução de NaOH (10%) e manter a amostrapor 3 a 4 minutos e observar as possíveis alterações de cor e aderência do verniz. Este teste é bem específico para identificação do verniz fenólico, o qual formacor roxa e podendo causar remoção parcial. 29
  30. 30. Para as amostras que contêm alumínio (latas de refrigerante e de cerveja), nãose recomenda o uso dos testes com soda cáustica, devido ao seu ataque ao alumínio.Nestes casos, tem que se utilizar os demais testes, pois, a efervescência e dissoluçãodo alumínio dificultarão a identificação do verniz.3. Teste da soda cáustica em ebulição Aquecer em um tubo de ensaio a solução de NaOH (10%) até ebulição e colocara amostra por 30 segundos. Retirar a amostra e observar as alterações no verniz.4. Teste da soda cáustica e celusolve em ebulição Em um tubo de ensaio adicionar partes iguais de NaOH (10%) e celusolve,aquecer até ebulição, colocar a amostra por 30 segundos. Observar se houvedissolução ou mudanças na cor inicial do verniz.5. Teste do ácido sulfúrico concentrado Colocar uma gota do ácido, por meio de um bastão de vidro, sobre a amostra everificar, após 15 segundos, se ocorre dissolução do verniz. Em seguida, cobrir a gotacom papel de filtro seco e, decorridos 15 segundos, verificar a formação de cor roxa, aqual indica a presença de resina epóxida.IMPORTANTE: Ao terminar os testes, colocar o resíduo de solvente no respectivofrasco de descarte (na capela), jogar a amostra no lixo, enxaguar os tubos de ensaio emergulha-los na solução detergente.6. Teste de Beilstein Este é um teste que indica a presença de resinas vinílicas cloradas. Aoqueimar-se a amostra numa haste de cobre em bico de Bunsen, vernizes contendoelementos halogênicos como o cloro, formarão uma chama de cor verde. Vernizes que contêm pigmentos inorgânicos, apresentam-se opalescentes,brancos ou de cor cinza, dependendo do metal utilizado. Exemplos destes são os C-esmaltados ou óleo-resinosos, que contêm óxidos ou carbonatos de zinco, os compasta de alumínio e os com óxido de titânio. Neste caso, o uso de uma lupa permitevisualizar os pigmentos metálicos.4.6.2.Determinação da camada de estanho em folhas-de-flandresObjetivo: Quantificar o estanho em folhas-de-flandres por gravimetria. As funçõesprincipais do estanho são a melhor resistência a corrosão para produtos ácidos e paraproporcionar agrafagem com solda branca em latas de conserva. A avaliação desserecobrimento é de fundamental importância, pois estão em jogo, não somente osproblemas referentes a fabricação da embalagem , mas tamb[em como esta irápreservar o produto que acondicionará.Material Necessário:-Folhas-de-flandres ou latas-Gabarito ou prensa de corte-Tesoura de funileiro-Solventes (acetona, tricloroetileno ou tetracloreto de carbono)-Solução de Clark (36g de tricloreto de antimônio dissolvido em 800mL de HClconcentrado e 200mL de água destilada)-Estufa a 105oC-Balança analítica 30
  31. 31. Procedimento:-Cortar as amostras com área mínima de 25cm2;-Remover o verniz da amostra com solvente orgânico ou com solução de NaOH 10%em ebulição; -Para latas litografadas, usar tricloroetileno ou tetracloreto de carbonopara remover a tinta de impressão;-Retirado o verniz, limpar a amostra com acetona embebida em algodão;-Pesar a amostra em balança analítica (0,1mg);-Mergulhar a amostra na solução de Clark, em placa de Petri, até parar odesprendimento de gases (cerca de 1 minuto). Remover a amostra com pinça e lavarem água corrente, até eliminar o precipitado escuro (SnCl2). Voltar a amostra para asolução, por mais 30 segundos, lavá-la novamente e secar com jato de ar quente.-Pesar novamente a amostra e, por diferença de peso, calcular o teor de estanho emg/m2 e lb/cb (1 caixa base é o conjunto de 56 folhas de 20x28 polegadas ou 112 folhasde 20x14 polegadas);-Comparar os resultados com os da Tabela 1 e classificar a amostra quanto aorevestimento.Figura 1. Detalhes de execução do teste de aderência.Quadro 1. Avaliação de fragmentos de verniz aderido à fita adesiva em função do riscoe grade 31
  32. 32. Fonte de corrente contínua (0-250V e 0-300mA) Cuba com solução eletrolítica Lata com solução eletrolíticaFigura 2. Detalhes da determinação de porosidade por testes eletroquímicos. Soluçãoeletrolítica: 3% de NaCl e ácido acético glacial (pH 4,5). 32
  33. 33. Quadro 2. Características dos vernizes em relação aos testes de identificação.TESTES Álcool Soda Soda Soda Radiaçã Ácido Beilste metílico + cáustica em cáustica em cáustic o sulfúrico inVENIZES clorofórmio ebulição ebulição + a fria ultraviol concentra (cham celusolve eta do a verde)Óleo Enrugamen Escurecimen Dissolução Não Sim Não Nãoresinoso to e to e rápida muda remoção dissolução a cor rápidaÓleo Amolecime Escurecimen Dissolução Não Sim Não Nãoresinoso nto to e remoção rápida mudamodificado lenta com a corcom resina fragmentosorgânica de filme, não dissolveFenólico- Fácil Escurecimen Escurecime Não Sim Não Nãooleoso remoção to e remoção nto e muda lenta com dissolução a cor filme inteiro, não dissolveFenólico Não é Apareciment Apareciment Aparec Não Não Não afetado o o de cor e cor momentâneo roxa, roxa, de cor roxa, remoção remoç remoção rápida, não ão do rápida, não dissolve filme dissolve em alguns casosVinílico Dissolução Não Não Não Não Não Sim rápida escurece ou escurece ou muda dissolve. dissolve. a cor Pode haver Pode haver descascame destacament nto. oButadieno Ligeiro Não Escurecime Não Sim Não Não amolecime escurece nto e muda nto descascame descascame a cor nto como nto do filme filme inteiro inteiroEpoxyfenól Ligeiro Não Escurecime Não Sim Sim Nãoico amolecime escurece, nto rápido. muda nto remoção Remoção a cor externa lenta rápida sem dissoluçãoEpoxyureic Ligeiro Não há Não Não Não Sim Nãoo amolecime remoção escurece, muda nto remoção a cor rápida sem 33
  34. 34. dissoluçãoEpoxyviníli Ligeiro Não Não Não Sim Sim-roxo Simco amolecime escurece, escurece, muda pálido nto destacament destacament a cor o apenas o apenas nas bordas nas bordas 5. EMBALAGENS PLÁSTICAS 5.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS Os materiais de origem plástica incluem uma vasta classificação, com base na composição química, nas propriedades físicas e mecânicas e nos diversos processos de transformação e/ou conversão das embalagens. Conseqüentemente, devido às suas várias características, são também denominadas embalagens alternativas às tradicionais de origem metálicas e de vidro, pois permitem uma melhor adequação do sistema de embalagem ao produto, evitando desta forma o superdimensionamento, ou seja, uma melhor relação custo/benefício. Com relação à composição química, propriedades físicas e mecânicas, a classificação dos materiais plásticos dependerá do polímero, da estrutura molecular, do peso molecular, da densidade, da cristalinidade, das transições físicas, dentre outras. Tais características irão de certo modo afetar a permeabilidade (aos gases, vapor de água e aos compostos voláteis) , as resistências (à tração, ao impacto, à compressão, ao alongamento e ao rasgamento), as temperaturas de selagem, a transparência, a opacidade, etc. Com base nos processos de transformação e/ou conversão, os materiais plásticos darão origem aos diversos tipos e formatos de embalagens, tais como as embalagens flexíveis (sacos e sacolas, filmes encolhíveis e esticáveis, etc.) e as embalagens rígidas (bandejas, potes, garrafas, garrafões, bombonas, caixas, tampas e dispositivos de fechamento, etc.). Outras denominações pertinentes incluem: embalagens convertidas (por laminação, por extrusão e coextrusão), embalagens termoformadas, embalagens metalizadas, sacolas auto-sustentáveis (stand up pouches), embalagens a vácuo, embalagens encolhíveis (shrinks), embalagens bolhas (blisters), envoltórios e acessórios (selos, grampos, rótulos e etiquetas). Como pode ser observada, a embalagem plástica constitui uma grande variedade de opções que possibilitam uma dosagem adequada na especificação e dimensionamento da embalagem ao produto, tornando-as altamente competitivas em relação aos demais materiais. Dentre esses requisitos, destacam-se as exigências de proteção, os aspectos econômicos e as restrições de legislação e do meio ambiente. Quanto ao fator proteção, as embalagens plásticas permitem a obtenção de um gradiente de barreira com relação à permeabilidade aos gases, ao vapor de água e aos compostos voláteis, dependendo da constituição polimérica e dos processos de fabricação da embalagem. Outros fatores como as propriedades mecânicas e resistência física são tanto quanto importantes para que o sistema de embalagem não 34
  35. 35. venha ser subdimensionado, ou apresentar reduzido tempo de vida útil decomercialização. Atualmente, do mercado nacional de materiais plásticos, 40% é paraembalagens, cujas principais resinas incluem: polietileno, polipropileno, poliestireno,policloreto de vinila, politereftalato de etileno e policarbonato.5.2. POLÍMEROS E POLIMERIZAÇÃO Os materiais plásticos são polímeros orgânicos ou inorgânicos, obtidos porprocessos de polimerização de unidades monoméricas, contendo basicamente oselementos químicos: carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, cloro e flúor. Apolimerização consiste na reação de síntese dos monômeros em reatores especiais,com controle de calor, pressão e de catalisadores, para a obtenção do polímero quegeralmente é uma molécula de alto peso molecular. As reações de polimerização podem ser por adição (em massa, em solução, ememulsão, por suspensão) ou por condensação. A reação por adição é típica dosmateriais poliolefínicos e vinílicos, enquanto que a por condensação é característicasda polimerização de materiais poliamídicos e poliésteres. Quando a polimerização é a partir de um só monômero tem-se ohomopolímero, mas quando se origina de monômeros diferentes (comonômeros) tem-se o heteropolímero. Os heteropolímeros provenientes de dois ou três comonômerossão denominados copolímeros e terpolímeros, respectivamente. As propriedades ecaracterísticas dos materiais poliméricos dependem da polimerização, bem como daproporção entre os comonômeros e sua distribuição ao longo da estrutura molecular.Assim sendo, os polímeros podem apresentar estrutura molecular linear ou ramificada. Os materiais poliméricos ainda podem ser do tipo termoplástico ou termofixo. Ostermoplásticos são aqueles que apresentam comportamento reversível sob a ação docalor. Quando aquecidos amolecem, mas ao resfriarem ainda mantém as mesmascaracterísticas iniciais, característica essa que permite a termosoldagem dasembalagens plásticas. Ao contrário, os termofixos ou termorrígidos endurecemirreversivelmente sob a ação do calor, sendo assim pouco utilizados com material deembalagem. A matéria-prima ou a fonte dos monômeros utilizados na polimerização pode serde origem vegetal, animal e mineral. A fonte vegetal inclui a celulose, o amido, aproteína, os óleos e o látex, enquanto que a principal fonte animal é a caseína. Essasmatérias-primas, apesar de serem de origem natural e renovável, são utilizadas comoalternativas às de origem mineral, entretanto apresentam limitações técnicas eeconômicas. Com relação às fontes de origem mineral, a hulha ou carvão de pedra já foi bemutilizado, mas foi praticamente substituída pela nafta do petróleo, a principal fonte dosmonômeros: etileno, propileno e butileno.5.2.1.Peso Molecular e Grau de Polimerização O número médio de unidades de monômero e comonômeros em uma estruturapolimérica expressa o grau de polimerização (n). Essa medida, bem como o pesomolecular médio da molécula (PMm), definem as propriedades e características domaterial plástico obtido. Por exemplo, a resistência à tração, ao impacto, a flexibilidade,a viscosidade e as condições de processabilidade do polímero variam em função dopeso molecular médio e da distribuição do peso molecular. 35
  36. 36. 5.3.ADITIVOS E FUNÇÕES Para se obter as características necessárias ao bom desempenho dasembalagens plásticas, geralmente são adicionados aos polímeros outros compostosquímicos, denominados aditivos ou coadjuvantes de processos. Tais aditivos, além defacilitar a transformação da resina, podem melhorar as propriedades físicas emecânicas do material final. Dentre as várias funções dos aditivos, destacam-seaquelas que facilitam o processamento ou a transformação da resina, os antioxidantes,os estabilizantes térmicos, os absorvedores de ultravioleta, os lubrificantes, osplastificantes, etc. O grau de aditivação depende do polímero e das aplicações da embalagem. Ospolietilenos para produção de filmes geralmente recebem poucos aditivos, às vezesadicionam-se antioxidantes fenólicos na concentração máxima de 1%, para minimizaras reações oxidativas via autoxidação e/ou devido à oxidação térmica durante oprocesso de extrusão. Por outro lado, existem materiais que recebem vários aditivos aexemplo do policloreto de vinila, denominados compostos ou formulações vinílicas, osquais recebem além dos antioxidantes, outros aditivos como os estabilizantes térmicos(bário e cálcio de zinco) e os plastificantes (fitalatos).5.4.PRINICPAIS MATERIAIS POLIMÉRICOS5.4.1.Polietileno (PE) O polietileno é um dos materiais termoplásticos mais utilizados para embalagem.É obtido pela polimerização do monômero insaturado, o etileno, cuja estruturamolecular pode ser da forma linear ou ramificada (Figura 2), do tipo homopolímero oucopolímero. Como pode ser constatado, através do tipo de estrutura molecular, grau depolimerização, tamanho molecular e das características dos monômeros utilizados napolimerização, obtém-se os diversos polímeros do grupo dos polietilenos. Quando seusa alta temperatura e alta pressão, produz-se o polietileno de baixa densidaderamificado e, quando se usa catalisador estereoespecífico, obtém-se o polietileno dealta densidade em condições de pressão e temperatura relativamente menores. Com base na densidade final do polímero, os polietilenos recebem as seguintesdenominações:Polietileno linear de ultrabaixa densidade - PELUBD (0,890 – 0,915g/mL);Polietileno linear de baixa densidade – PELBD (0,916 – 0,940g/mL);Polietileno de média densidade – PEMD (0,925 – 0,940g/mL);Polietileno de alta densidade – PEAD (0,940 – 0,965g/mL);Polietileno de alta densidade e alto peso molecular – PEAPM (0,940 – 0,965g/mL).A densidade está relacionada com a disposição molecular, portanto quanto maior aramificação menor a densidade, tal como acontece com o PEBD. Essa propriedadefísica depende também do grau de cristalinidade; por exemplo, o PEAD que apresentamais de 70% de sua estrutura molecular na forma cristalina, aumentando desta forma aopacidade e as propriedades de barreira.As características e propriedades para os polietilenos de baixa densidade: 36

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