Veelbelovende binnenbekleding voor conservenblikken
Stuttgart. Vertind blik wordt kritisch besproken. Enerzijds is bisfenol A, waarvan wordt gezegd dat het een hormoonachtig effect heeft, een van de uitgangsmaterialen voor de coating van het binnenblik. Aan de andere kant vereist de Europese REACH-verordening een omschakeling naar chroomvrije nabehandelingsprocessen bij de productie van blik. Op polyester gebaseerde coatingsystemen blijken een veelbelovend alternatief te zijn in een onderzoeksproject bij Fraunhofer IPA.
Blik conserven worden veel gebruikt als verpakkingsmateriaal voor veel soorten groenten, vis, vlees en kant-en-klaarmaaltijden. Blik heeft veel voordelen ten opzichte van andere verpakkingsmaterialen. Bovenal is het licht en niet breekbaar zoals b.v. B.
Glass. De blikken moeten aan de binnenkant worden gecoat, zodat meestal zuur voedsel eetbaar blijft in het blik na een lange contacttijd.
De binnenkant van het blik voorkomt dat de inhoud het metaal en de metaalionen aantasten die het voedsel binnendringen. Interieurcoatings op basis van epoxyharsen hebben hun waarde al meer dan 40 jaar bewezen. Een van de uitgangsmaterialen hiervoor is bisfenol A (BPA), dat controversieel is vanwege zijn hormoonachtige effecten. Bovendien zal de Europese REACH-verordening in de nabije toekomst een conversie van productie naar chroomvrije nabehandelingsprocessen bij de productie van blik vereisen. De nieuwe coatings zonder BPA als uitgangsmateriaal (BPA-niet-intent) moeten daarom ook compatibel zijn met chroomvrije voorbehandelde substraten. Voor de consument, die gewend is aan een hoge kwaliteit en duurzaamheid van ingeblikt voedsel, mag deze verandering niet merkbaar zijn.
Fraunhofer IPA in Stuttgart onderzoekt momenteel de invloeden van de polymeer- en netwerkstructuur van polyesterverven, gehard met fenolhars, op de uiteindelijke eigenschappen van de coating. De focus ligt op driedelige blikjes. De focus ligt ook op de kleefeigenschappen van de BPA niet-intente binnenblikken op chroom bevattende en chroomvrije gepassiveerde bliksubstraten.
Door systematisch polyestercoatings te onderzoeken, moeten de structuur en eigenschappenrelaties worden bepaald en zou een snellere optimalisatie van deze nieuwe systemen mogelijk moeten zijn. Bovendien zijn methoden ontwikkeld en gevalideerd voor het voorspellen van de stabiliteit van polyestercoatings na sterilisatie en daaropvolgende langdurige opslag.
Mechanische spanning: eerst verf, daarna blikken vormen
Een bijzondere uitdaging bij het formuleren van de binnenste blikcoatings is dat, anders dan bij de gebruikelijke verfpraktijk, vlakke bliksubstraten eerst worden gecoat (ca. 10 μm laagdikte) en pas daarna kunnen lichaam en deksel worden geponst en gevormd uit het gecoate plaatmateriaal. De lak moet flexibel zijn, goed hechten en voldoende hardheid en bescherming bieden. De flexibiliteit van de verven wordt onder meer onderzocht met de cupping-test volgens DIN EN ISO 1520 en de doornbuigtest volgens DIN EN ISO 6860. De hechting op het vertind substraat voor en na de sterilisatie wordt gecontroleerd met de kruistest volgens DIN EN ISO 2409 en de hardheid met de pendeldemping volgens DIN EN ISO 1522.
De voorlopige resultaten tonen aan dat de polyestercomponent van de niet-bedoelde BPA-verven verantwoordelijk is voor de flexibiliteit en de goede hechting van de coating op het bliksubstraat, terwijl de fenolharscomponent vereist is voor de hardheid en voor een goede uitharding van de buscoating.
Extreme blootstelling aan sterilisatie
Tijdens hete sterilisatie wordt de coating blootgesteld aan extreme belastingen omdat deze 15 tot 30 minuten aanhoudt en temperaturen tot
130 ° C wordt blootgesteld aan agressieve vulgoederen. De zogenaamde glasovergangstemperatuur van de coating wordt duidelijk overschreden. Dit transformeert een polymeer in een rubberachtige smelt. De verhoogde mobiliteit van de polymeerketensegmenten kan het oorspronkelijke corrosiebeschermende effect van de coating aanzienlijk verslechteren. Over het algemeen worden daarom hogere glasovergangstemperaturen gezocht.
De thermische eigenschappen van de uitgeharde coatings worden onderzocht met behulp van dynamische mechanische analyse (DMA) op vrije films en dynamische differentiële calorimetrie (DSC). De verschillen in de glasovergangstemperatuur afhankelijk van de mengverhouding van polyester- en fenolharscomponenten helpen bij het zoeken naar de mengverhouding met de maximale glasovergangstemperatuur in combinatie met goede mechanische eigenschappen.
Corrosiebescherming bij opslag met agressieve vulgoederen
Als een verfformulering is geoptimaliseerd met betrekking tot zijn mechanische en thermische eigenschappen, moet deze worden onderzocht op zijn corrosiebeschermende werking. Interne corrosie van conservenblikken kan, naast de kwaliteit van het voedsel, ook leiden tot lekken of zelfs bombardementen.
De corrosiebeschermende eigenschappen van BPA niet-bedoelde coatings op bliksubstraten worden bepaald met behulp van elektrochemische impedantiespectroscopie
(EIS) onderzocht als een test op korte termijn. Het EIS-meetprincipe is gebaseerd op de meting van de frequentieafhankelijke weerstand (impedantie) van de coating.
De ontwikkeling van een geschikte meetroutine en de interpretatie van de meetresultaten zijn hoofdzakelijk gebaseerd op empirische ervaring die EIS-gegevens relateert aan eventuele nadelige effecten op de coating. Hoewel er al veel EIS-studies zijn gepubliceerd voor systemen op basis van epoxyharsen, moet de empirische basis voor de nieuwe niet-intentieve BPA-systemen nog worden gecreëerd.
De vorige onderzoeksresultaten tonen duidelijk aan dat deze methode kan worden gebruikt om handmatig gecoate blik te differentiëren met betrekking tot de kwaliteit van de coatingtoepassing, de laagdikte en ook de kwaliteit van de coatingformulering. Vergelijkingen van EIS-metingen voor en na sterilisatie maken het mogelijk uitspraken te doen over hoe sterk een coating wordt aangetast door een levensmiddelsimulant tijdens sterilisatie en de corrosiebeschermende eigenschappen ervan worden aangetast. De resultaten van de korte-termijn elektrochemische testen zijn ook in de loop van het onderzoek gecorreleerd met de resultaten van langdurige opslagtests van industrieel gecoate en gevulde blikken met chroom bevattende en chroomvrije gepassiveerde bliksubstraten.
Conclusie
Naast zeer hoge eisen met betrekking tot de mechanische eigenschappen, moeten nieuwe BPA niet-intente binnenste coatings een goede corrosiebescherming moeten garanderen wanneer ze meerdere jaren worden opgeslagen met agressieve vulmaterialen. De ontwikkeltijden voor nieuwe verven kunnen alleen aanzienlijk worden verkort door geschikte kortetermijnproeven. Elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS) biedt hiervoor een groot potentieel. De differentiatie van coatings vindt plaats op basis van geselecteerde parameters uit de AC / DC / AC-meetroutine, die correleren met de coatingapplicatie, evenals de waterabsorptie en het barrière-effect van coatings.
Meer informatie is te vinden op
http://www.ipa.fraunhofer.de/innenbeschichtung_konservendosen.html
