CC BY
53
шт
Ё: -
ИННОВАЦИИ В СФЕРЕ УПАКОВКИ И ЛОГИСТИКИ
ТЕМА НОМЕРА
УДК 621.798.144: 620.193
Определение коррозионной стойкости внутренней поверхности жестяных банок
для консервированных продуктов
А.Н. Петров, д-р техн. наук, В.А. Шавырин, А.Ю. Базаркин, О.В. Бессараб
ВНИИ консервной и овощесушильной промышленности
Еще 30 лет назад металлические консервные банки изготавливали из жести толщиной 0,25+0,30 мм, сегодня обычной практикой стало изготовление банок тех же геометрических параметров из жести толщиной 0,18+0,20 мм, и тенденция к снижению металлоемкости тары сохраняется.
Обеспечение необходимых прочностных свойств банок из жести пониженных толщин достигается за счет использования нескольких технологических приемов. Первый -применение жести двойного проката, что позволяет достигнуть необхо-
Исследования кинетики коррозии тарных материалов позволили классифицировать основные группы плодоовощных консервов по коррозионной агрессивности.
Ключевые слова: консервная банка; коррозия; электрохимическая ячейка; коррозиметр «Эксперт-004»; коммутатор; многопозиционные ячейки.
Key words: tin; corrosion; electrochemical cell; corrosion gage «Expert-004»; switch; multi-position cells.
димых физико-механических свойств при меньшей толщине стальной основы. Второй - нанесение ребер жесткости (зигов) на корпус банки. Третий - комбинированный, когда используют оба технологических приема одновременно (жесть двойного проката и нанесение ребер жесткости).
Помимо механической прочности материал банки должен обладать достаточной химической стойкостью по отношению к фасуемому продукту.
Коррозия банки - одна из основных причин, ограничивающих условия и сроки годности консервированной продукции. Применение защитных покрытий позволяет снизить риски, связанные с миграцией солей тяжелых металлов в продукт.
С целью создания необходимого барьерного слоя на границе «продукт - корпус банки» необходимо применять специальные лаки и эмали, которые наносят на поверхность жести. Используют двух- или трехслойные лакокрасочные покрытия, обладающие минимальной пористостью, и эмали, в состав которых включены специальные пигменты. Для защиты внутренней поверхности банки, включая участок сварного шва, применяют различные типы покрытий. Выбор того или иного типа защитного покрытия, как для участка сварного шва, так и для остальной внутренней поверхности банки, зависит от степени агрессивности консервируемого продукта, технологии
производства, предполагаемого срока хранения продукта.
На протяжении нескольких десятилетий в институте проводятся работы по совершенствованию методов испытания защитных покрытий наружной и внутренней поверхности металлической тары, разрабатываются рекомендации по применению новых отечественных и импортных лакокрасочных покрытий.
Значительным шагом в совершенствовании методологии испытания и выбора лакокрасочных покрытий для новых видов консервированной продукции, тарных материалов стала разработанная в институте (Г.И. Робсман, Е.А. Андрющенко, Н.С. Товстокора) уникальная методика оценки коррозионной стойкости металлических тарных материалов [1]. Данная методика основана на изменении электрохимического потенциала модельного раствора, имитирующего консервируемый продукт, при контакте с образцом металлического тарного материала. Моделирование коррозионного процесса осуществляется за счет изменения разности потенциалов и подачи импульса тока на исследуемую поверхность образца. Величина поляризационного тока фиксируется с помощью универсального измерителя скорости коррозии УИСК-2 (рис. 1).
Проведенные исследования кинетики коррозии тарных материалов позволили классифицировать основные группы плодоовощных консервов по коррозионной агрессивности, изучить коррозионные процессы, протекающие при стерилизации и хранении консервов, упростить подбор лакокрасочных покрытий для металлической тары в зависимости от вида тарного материала, ассортимента консервов и технологии их изготовления.
Разработанная ранее методика определения коррозионной стойкости тарного материала (белая и хромированная жесть, алюминиевая консервная лента) дает объективные результаты для исходных материалов жестяной банки. В процессе изготовления металлических банок трансформируется геометрия исходного тарного материала. Изменения происходят практически на всех операциях, включая листоподачу, порезку на дисковых ножницах, формирование корпуса, зиговку, создание продольного и поперечного швов. Наибольшая деформация поверхности металла, приводящая к снижению его коррозионной стойкости, происходит на участке формирования сварного шва.
Логично, что объектом дальнейших потенциостатических коррозионных исследований послужили готовые металлические банки, коррозионная стойкость которой отличается от исходного тарного материала.
На новом этапе исследований был разработан экспресс-метод определения коррозионной стойкости внутренней поверхности металлических банок с использованием модернизированной электрохимической ячейки (рис.2). При этом коррозиметр «УИСК-2», в котором отсутствует возможность автоматической записи экспериментальных данных, заменен на прибор нового поколения «Эксперт-004».
Метод проведения исследования коррозионной стойкости поверхности банки включает несколько последовательно проводимых операций (см. рис. 2). Исследуемые банки 3 обезжиривают, высушивают и закрепляют на противоположных концах полого диэлектрического переходника 1 таким образом, чтобы внутренние полости банок сообщались с полостью переходника. На открытых торцах переходника 1 последовательно устанавливают прокладки 2 и банки 3, обращенные внутренней полостью к полости переходника, затем конструкцию прижимают плитами из оргстекла 5 с двух сторон, используя шпильки 4 с гайками и шайбами. Предварительно к донышкам банок припаивают контакты низкоплавким свинцово-оловянным припоем во избежание перегрева внутренней поверхности банки и изменения коррозионных свойств внутренней поверхности банки. Через отверстия в плитах подводят экранированный провод, подсоединяют к припаянным контактам 6 и к электродам с контактами коррози-метра «Эксперт-004» 8. Полости переходника и банок заполняют модельным раствором 7, например, 3 %-ным раствором уксусной кислоты. Между электродами создают постоянную разность потенциалов и измеряют коррозиметром глубинный показатель скорости коррозии. Выход глубинного показателя на постоянную величину свидетельствует о достижении стационарной скорости коррозии. По полученным величинам глубинного показателя скорости коррозии судят о коррозионной стойкости внутренней поверхности консервных банок.
При использовании измерителя коррозии «УИСК-2» скорость коррозии оценивается посредством гравиметрического показателя, т. е. путем определения потери массы образца тарного материала с единицы пло-
INNOVATIONS IN PACKAGING AND LOGISTICS
щади в единицу времени. Прибор «Эксперт-004» измеряет глубинный показатель скорости коррозии, т.е. глубину разрушения металла в единицу времени. В результате исследований установлена корреляция между этими двумя показателями.
Преимущества коррозиметра «Эк-сперт-004»: высокая чувствительность и широкий диапазон измеряемых величин (10-3 мкм/год при изменении скорости коррозии от 10-2 до 107 мкм/год), возможность автоматической фиксации результатов измерений в течение заданного времени эксперимента. Экспресс-метод с применением коррозиметра «Эксперт-004» характеризуется меньшей продолжительностью коррозионных испытаний (до 7 сут) по сравнению с гравиметрическим методом (20 сут).
Рис. 2. Схема электрохимической ячейки для проведения потенциостатических коррозионных испытаний внутренней поверхности металлической упаковки: 1 -переходник из термостойкого стекла; 2 - уплотнительные резиновые кольца; 3 - консервные банки; 4 - шпильки с шайбами и гайками; 5 - плиты из оргстекла; 6 -припаянные контакты (латунь); 7 - модельный раствор или пищевой продукт; 8 - коррозиметр «Эксперт-004»
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА С КОНСЕРВНЫМИ БАНКАМИ
ЭЛ ЕКТРОХИ М ИЧ ЕСКАЯ ЯЧЕЙКА С КОНСЕРВНЫМИ БАНКАМИ
3.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА С
консервными
БАНКАМИ
КОММУТАТОР ДЛЯ «ЭКСПЕРТ-004»
Я
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА С КОНСЕРВНЫМИ БАНКАМИ
8.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА С КОНСЕРВНЫМИ БАНКАМИ
ш
НОУТБУК
КОРРОЗИМЕТР «ЭКСПЕРТ-004»
sui Щ**
Рис. 3. Блок-схема установки для проведения экспресс-метода определения коррозии внутренней поверхности консервных банок
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫВОДА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ДАННЫХ НА ПЕЧАТЬ Щ
и
ИННОВАЦИИ В СФЕРЕ УПАКОВКИ И ЛОГИСТИКИ
ТЕМА НОМЕРА
С целью создания идентичных условий для серии экспериментов и повышения точности результатов разработан многопозиционный стенд (рис. 3).
Важнейший компонент многопозиционного стенда - коммутатор, который дает возможность в автоматическом режиме снимать показания с восьми ячеек одновременно.
К комплексным испытаниям металлических тарных материалов рекомендуется добавить коррозионные испытания готовых изделий металлических консервных банок.
Рис. 4. Образцы банок для оценки коррозионной стойкости внутренней поверхности: 1 - банки нелакированные; 2 - банки с нелакированным корпусом и защищенным продольным сварным швом; 3 - банки с лакированным корпусом и незащищенным продольным сварным швом
Для апробации разработанного экспресс-метода коррозионных испытаний были проведены серии экспериментов с использованием жестяных банок, внутреннюю поверхность которых подготавливали по трем вариантам: 1 - банки нелакированные; 2- банки с нелакированным корпусом и защищенным продольным сварным швом; 3 - банки с лакированным корпусом и незащищенным продольным сварным швом (рис. 4). Для каждого варианта консервных банок (пять пар первого варианта, пять пар второго и пять пар третьего) были построены усредненные кинетические кривые коррозии (рис.5), представляющие зависимость глубинного показателя скорости коррозии кгл от времени испытаний. При обработке экспериментальных данных был использован метод наименьших квадратов и формула Питерса для вычисления среднеквадратичной ошибки [4].
Применение «Эксперт-004» позволило осуществлять периодическую запись (через 20 мин) экспериментальных данных в течение всего периода коррозионных испытаний в автоматическом режиме.
Анализ графиков изменения скорости коррозии во времени показывает, что в начальный момент времени скорость коррозии равна нулю, что характеризует инертность коррозионного процесса. Затем скорость коррозии резко возрастает до максимального значения и плавно уменьшается до стационарной величины скорости коррозии. Идентичный вид кинетических кривых 1; 2 и 3 свидетельствует о том, что в начальный период времени (до 5 ч) происходит растворение оксидного слоя на поверхности металла. Как правило, на третьи сутки процесс
Рис. 5. Результаты коррозионных испытаний внутренней поверхности консервных банок в модельном растворе (3 %-ный раствор уксусной кислоты): 1 - банки нелакированные;
2 - банки с нелакированным корпусом и защищенным продольным сварным швом;
3 - банки с лакированным корпусом и незащищенным продольным сварным швом
коррозии принимает вид стационарного: развитие коррозионных повреждений характеризуется постоянной (стационарной) скоростью. В случае коррозии банок нелакированных (кривая 1) стационарное значение глубинного показателя Кстац
гл
скорости коррозии составляет 25 мкм/год. Для банок с нелакированным корпусом и защищенным продольным сварным швом (кривая 2) Кгслтац- 21 мкм/год. Банки с лакированным корпусом и незащищенным продольным сварным швом (кривая 3) Кслтац равно 5 мкм/год.
В результате проведенных исследований подтверждено, что данный метод обеспечивает протекание коррозионного процесса при идентичных условиях и дает возможность более объективно судить о скорости коррозии металлических банок.
Проведенные исследования и широкая апробация разработанного метода дифференцированной оценки коррозионной стойкости внутренней поверхности металлических консервных банок позволяют утверждать о целесообразности применения данного метода для оценки коррозионной стойкости различных участков внутренней поверхности банок. Таким образом, к комплексным испытаниям металлических тарных материалов рекомендуется добавить коррозионные испытания готовых изделий - металлических консервных банок.
ЛИТЕРАТУРА
1. Методика оценки коррозионной стойкости металлических тарных материалов. - Видное: ВНПО КП, 1984. - 9 с.
2. Пат. 2373517 Российская Федерация, МПК G01N 17/02 (2006.01). Способ определения коррозионной стойкости внутренней поверхности металлической тары/В.А. Шавырин, А.Ш. Чавчанидзе, Н.Ю. Тимофеева, А.Ю. Ба-заркин, О.И. Квасенков; заявитель и патентообладатель ГНУ ВНИИКОП. -№ 2008122623/28; заявл. 07.06.08; опубл. 20.11.09, Бюл. № 32. - 4 с.
3. Пат. 84117 Российская Федерация, МПК G01N 17/02 (2006.01). Устройство для определения коррозионной стойкости внутренней поверхности металлической тары/В.А. Шавырин, О.И. Квасенков, А.Ш. Чавча-нидзе, Н.Ю. Тимофеева, А.Ю. Базар-кин, Ш.А. Чавчанидзе; заявитель и патентообладатель ГНУ ВНИИКОП. -№ 2008152626/22; заявл. 31.12.08; опубл. 27.06.09, Бюл. № 18. - 5 с.
4. Сквайрс, Дж. Практическая фи-зика/Дж. Сквайрс. - М.: Мир, 1971. -248 с.
