กระป๋องโลหะ กับ Lacquer

กระป๋องโลหะ และ Lacuer 

เรื่องกระป๋อง

กระป๋องโลหะ (Metal cans)

                กระป๋องโลหะมีคุณสมบัติดีเด่นอยู่หลายประการ อาทิ มีความทนทานต่อความร้อนและความดันสูง จึงสามารถเข้ากระบวนการฆ่าเชื้อด้วยความร้อน (sterilization) ได้ มีความแข็งแรงทางกายภาพ ป้องกันอากาศ ไอน้ำ และแสงได้ ช่วยเก็บรักษากลิ่นและรสของผลิตภัณฑ์หากใช้วัสดุที่ทำกระป๋องถูกต้องเหมาะสม จะมีความปลอดภัยในการสัมผัสกับอาหาร นอกจากนี้ยังสามารถหมุนเวียนกลับเข้ากระบวนการผลิตใหม่ได้

                การผลิตกระป๋องโลหะได้เริ่มเป็นครั้งแรกในประเทศอังกฤษเมื่อปี ค.ศ. 1810  ต่อมาได้เผยแพร่ไปยังประเทศสหรัฐอเมริกา นับตั้งแต่ปี ค.ศ. 1817  ซึ่งมีการผลิตอาหารกระป๋องเป็นอุตสาหกรรมเป็นต้นมา ส่งผลให้กระป๋องโลหะได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว จวบจนปัจจุบันนี้กระป๋องโลหะได้รับการพัฒนาอย่างกว้างขวาง ไม่ว่าจะเป็นวัสดุที่ใช้ทำกระป๋องแลกเกอร์ที่ใช้เคลือบผิว กรรมวิธีการผลิต รูปแบบและฝาปิด

ประเภทและคุณภาพของวัสดุที่ใช้ทำกระป๋อง

                วัสดุที่ใช้ทำกระป๋องโลหะ

1.          แผ่นเหล็กดำ (blackplate) เป็นแผ่นเหล็กดำที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำผ่านการรีดเย็นเป็นแผ่นบางๆ  (cold-reduced steel plate) ใช้ทำกระป๋องสำหรับบรรจุผลิตภัณฑ์ที่มิใช่อาหารและไม่มีคุณสมบัติการกัดกร่อน

2.          แผ่นเหล็กเคลือบดีบุก (tinplate) เป็นแผ่นเหล็กดำที่มีความหนาระหว่าง 0.15-0.5 มม.  นำมาเคลือบผิวหน้าเดียวหรือทั้งสองหน้าด้วยดีบุก เพื่อให้ทนทานต่อการผุกร่อนและไม่เป็นพิษ ใช้ทำกระป๋องบรรจุอาหาร และผลิตภัณฑ์อื่นๆ

3.          แผ่นเหล็กทินฟรี (tin free steel, TFS) เป็นแผ่นเหล็กดำที่นำมาเคลือบผิวด้วยสารอื่นแทนดีบุก เพื่อลดต้นทุน เนื่องจากดีบุกมีราคาแพงแต่ก็ยังไม่สามารถทดแทนได้ทั้งหมด เนื่องจากข้อจำกัดบางประการ เช่น กระป๋องแผ่นเหล็กทินฟรีจำเป็นต้องเคลือบแลกเกอร์ด้านในเมื่อใช้งาน ในการเชื่อมตะเข็บข้างด้วยไฟฟ้าจำเป็นต้องกำจัดชั้นของโครเมียมที่รอยเชื่อมออกก่อน เป็นต้น ในปัจจุบันมีการเคลือบอยู่ 3 ชนิด คือ :

-            เคลือบด้วยสารผสมฟอสเฟตและโครเมต เป็นฟิล์มบางๆ (phosphate chromate film) ใช้ทำกระป๋องบรรจุเบียร์ น้ำผลไม้ที่มีรสเปรี้ยว  และทำถังโลหะชนิดต่างๆ

-            เคลือบด้วยโครเมียมและโครเมียมออกไซด์ เพื่อให้สามารถป้องกันการกัดกร่อนได้ดี นิยมใช้ทำกระป๋องบรรจุอาหารทะเล นมข้นหวาน เป็นต้น ในการขึ้นรูปกระป๋องจะติดตะเข็บข้างโดยวิธีบัดกรีไม่ได้ แต่ต้องเป็นแบบซ้อนหรือเกี่ยว โดยวิธีเชื่อมด้วยไฟฟ้า หรือใช้วัสดุเชื่อมพวกไนลอนแทน

-            เคลือบด้วยอะลูมิเนียม มีความทนทานต่อการกัดกร่อนอันเนื่องจากความชื้นได้ดี แต่ไม่สามารถใช้กับอาหารที่มีความเป็นกรดหรือด่างสูง ในการขึ้นรูปกระป๋องจะติดตะเข็บข้างโดยวิธีบัดกรีไม่ได้แต่ต้องใช้วิธีเชื่อมด้วยไฟฟ้าหรือใช้วัสดุเชื่อมจำพวกไนลอนแทน

4.          แผ่นเหล็กสองซีอาร์ (double cold-reduced steel plate, DR หรือ 2CR plate) เป็นแผ่นเหล็กดำที่ผ่านการรีดเย็น 2 ครั้ง แม้ว่าจะมีความบางลดลงจากเดิมถึงร้อยละ 25-50 แต่มีความแข็งแรงสูง จึงมักใช้ทำกระป๋องและถังที่ต้องการความแข็งแรงเป็นพิเศษโดยใช้เทคโนโลยีขั้นสูงในการขึ้นรูป แผ่นเหล็ก 2CR ที่ใช้มีการผลิตที่ความแข็ง 3 ระดับ คือ DR8, DR9 และDR10 โดย DR10 จะแข็งกว่า DR8

5.          แผ่นเหล็กกัลวาไนซ์ (galvanized plate) เป็นแผ่นเหล็กที่เคลือบด้วยสังกะสีไม่ใช้ทำกระป๋องบรรจุอาหาร เพราะวัสดุมีโลหะหนักจำพวกสังกะสีและตะกั่ว ซึ่งเป็นพิษต่อร่างกาย แต่ใช้ทำกระป๋อง และถังบรรจุผลิตภัณฑ์ที่มิใช่อาหารได้ดี เพราะมีราคาถูกกว่าแผ่นเหล็กเคลือบดีบุก

6.          อะลูมิเนียมและโลหะผสมของอะลูมิเนียม (aluminium and its alloy) จะใช้ในลักษณะของแผ่นหรือเหรียญ(slug) ก็ได้ ขึ้นอยู่กับกรรมวิธีการผลิต นิยมใช้ทำกระป๋อง 2 ชิ้น (2-piece can) สำหรับบรรจุน้ำอัดลมและเบียร์ ตลอดจนกระป๋องฉีดพ่น (aerosol can) นอกจากนั้นยังใช้เป็นวัสดุสำหรับทำฝาชนิดที่มีห่วงเพื่อให้เปิดง่าย (easy open end) อีกด้วยอะลูมิเนียมข้อดีคือ ไม่เป็นพิษ มีน้ำหนักเบา และขึ้นรูปง่ายจึงใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตกระป๋องได้ดี โดยมีการใช้ใน 2 เกรดคือ อัลลอยด์ 3004 ที่มีส่วนประกอบของมังกานีส แต่มีส่วนประกอบของแมกนีเซียมค่อนข้างต่ำใช้ทำตัวกระป๋อง ในขณะที่อัลลอยด์ 5182 ที่มีความแข็งน้อยกว่าเนื่องจากประกอบด้วย แมกมีเซียมมากกว่าจะใช้สำหรับผลิตฝากระป๋อง เนื่องจากอะลูมิเนียมมีราคาค่อนข้างสูง การขึ้นรูปกระป๋องจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีเฉพาะ ดังนั้นการผลิตกระป๋องจากอะลูมิเนียมจำเป็นต้องผลิตในปริมาณมาก เพื่อให้คุ้มค่าการลงทุน

ความแข็งของแผ่นเหล็ก (plate hardness)

แผ่นเหล็กที่ใช้ทำกระป๋องโลหะจะแบ่งตามความแข็ง ซึ่งวัดในหน่วยของเทมเปอร์ (Temper-unit) ด้วยเครื่องร็อคเวลล์ที่ 30 (Rockwell T30) ในเชิงการค้าจะแบ่งออกเป็น 6 ระดับ เทมเปอร์ 1 (T1) จะแข็งน้อยที่สุด และเทมเปอร์ 6 (T6)จะแข็งมากที่สุด นอกจากนี้ยังมีการใช้งานแผ่นเหล็กที่มีความแข็งเป็นพิเศษ เช่น DR8, DR9 เป็นต้น โดยมีการใช้งานแตกต่างกันดังนี้ :

T1           =  ใช้ทำหัวฉีด ฝาปิด และตัวกระป๋องชนิด 2 ชิ้น

T2           = ใช้ทำวงแหวน, จุก, ฝาปิด, กระป๋องที่ขึ้นรูปตื้นๆ และชิ้นส่วนของกระป๋อง

T3           = ใช้ทำฝาปิดและตัวของกระป๋อง ฝาปิดขนาดใหญ่หรือฝาจีบ

T4           = ใช้ทำฝาปิดและตัวกระป๋อง ฝาปิดขนาดเล็ก

T5           = ใช้ทำฝาปิดและตัวกระป๋อง สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ไม่กัดกร่อน

T6           = ใช้กับงานเฉพาะอย่างที่ต้องการความแข็งเป็นพิเศษ

DR8        = แข็งมาก ใช้ทำฝาปิดและตัวกระป๋อง เช่น กระป๋องฉีดพ่น

DR9        = แข็งมาก ใช้ทำฝาปิดและตัวกระป๋อง

 แลคเกอร์

                แลกเกอร์หรืออินาเมล (enamel) เป็นของเหลวที่มีส่วนประกอบหลักคือ เรซินของโอลีโอเรซินัส (oleoresinous) หรือสารประกอบของไวนิล (vinyl) หรืออีพ็อกซี (epoxy) หรือฟินอลิก (phenolic) หรือ              พอลิเอสเตอร์ (polyester) และตัวทำละลาย ใช้เคลือบโลหะที่ใช้ทำกระป๋องเพื่อวัตถุประสงค์ดังต่อไปนี้

-            ป้องกันการเปลี่ยนรสของอาหาร อันเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีที่อาจเกิดขึ้นระหว่างโลหะที่ละลายออกมารกับอาหาร

-            ป้องกันการเปลี่ยนสีของอาหาร

-            ป้องกันการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างโลหะกับอาหาร ที่อาจก่อให้เกิดการกัดกร่อนของกระป๋อง หรือการเกิดก๊าซไฮโดรเจนภายในกระป๋อง

-            ป้องกันการเปลี่ยนสีของผิวกระป๋อง เช่น เกิดดีบุกซับไฟด์ หรือเหล็กซัลไฟด์โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อบรรจุอาหารจำพวกเนื้อสัตว์และผักบางชนิดที่มีกำมะถันเป็นส่วนประกอบ

ชนิดของแลกเกอร์

                แลกเกอร์ทีรู้จักกันทั่วไปสำหรับการเคลือบผิวกระป๋อง ได้แก่ :

1.        แลกเกอร์โอลีโอเรซินัส  แม้ว่าในปัจจุบันจะถูกทดแทนด้วยแลกเกอร์อีพ็อกซี – ฟินอลิก แต่ก็ยังมีใช้อยู่บ้างในประเทศสหรัฐอเมริกาสำหรับเคลือบผิวกระป๋องบรรจุผลิตภัณฑ์จากผักและผลไม้ ส่วนในทวีปยุโรปมักจะมีการใช้แลกเกอร์อีพ็อกซี – ฟินอลิก ทดแทนมากว่า แลกเกอร์โอลีโอเรซินัสมีสมบัติในการป้องกันการเกิดคราบดำของดีบุกซัลไฟด์ได้ไม่ดีนัก ดังนั้นในปัจจุบันจึงมีการเติมสังกะสีออกไซด์ลงไปในแลกเกอร์ชนิดนี้  เพื่อช่วยรักษาสีธรรมชาติของผลิตภัณฑ์จากผักและผลไม้บางชนิด เช่น เบอรี, บีท, กะหล่ำปลีสีแดง เป็นเต้น รวมทั้งใช้กับอาหารที่มีโปรตีนเป็นส่วนประกอบอยู่ เช่น ข้าวโพด, ถั่ว, เนื้อเป็ดและไก่, อาหารทะเล เป็นต้น

2.        แลกเกอร์ไวนิล  สมบัติเฉพาะของแลกเกอร์ชนิดนี้คือ มีความติดแน่นและยืดหยุ่นสูง แต่มีข้อเสียคือไม่สามารถทนความร้อนในการฆ่าเชื้อ อย่างไรก็ตามเนื่องจากแลกเกอร์ชนิดนี้ปราศจากกลิ่นและรส จึงนิยมใช้เคลือบผิวในเป็นชั้นที่สองของกระป๋องบรรจุเบียร์, ไวน์, น้ำอัดลม, ขนมหวาน, อาหารแห้งต่างๆ และเภสัชผลิตภัณฑ์ใช้เคลือบได้ทั้งเหล็กและอะลูมิเนียม โดยทั่วไปแลกเกอร์ไวนิลมักจะผสมกับอัลคิด (alkyd) ฟินอลิก และอีพ็อกซี เพื่อให้มีคุณสมบัติตามความต้องการใช้งานเฉพาะ

3.        แลกเกอร์ฟินอลิก  เป็นแลกเกอร์ที่มีความทนทางต่อสารเคมี และมีการซึมผ่านต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งไอออนของซัลไฟด์ ด้วยเหตุนี้จึงนิยมใช้กับการเคลือบผิวกระป๋องบรรจุอาหารเนื้อและปลา

4.        แลกเกอร์อะคริลิก  เป็นแลกเกอร์ที่เหมาะสมกับการเคลือบกระป๋องที่ต้องผ่านกระบวนการฆ่าเชื้อด้วยความร้อน เพราะสามารถทนความร้อนได้สูง แต่เดิมแลกเกอร์ชนิดนี้ใช้เพื่อเคลือบผิวนอกกระป๋องเท่านั้น แต่ในปัจจุบันมีการใช้เคลือบผิวในให้มีสีขาวสวยงามไม่เกิดการเกาะของคราบดำด้วย

5.       แลกเกอร์อีพ็อก-ฟีนอลิก  เป็นแลกเกอร์ทีนิยมใช้กันที่สุดในปัจจุบันทั้งเคลือบกระป๋องที่ผลิตจากเหล็กและอะลูมิเนียม เนื่องจากมีคุณสมบัติทนทานต่อกรดมีความยืดหยุ่นสูง เกาะติดได้แน่น และทนความร้อนสูงแลกเกอร์ชนิดนี้ยังแบ่งย่อยได้อีกหลายอย่าง ซึ่งครอบคลุมการใช้งานอย่างกว้างขวางไม่ว่าจะเป็นผลไม้, น้ำผลไม้, ผัก, ซุป, เนื้อปลา เป็นต้น

ในมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมเรื่อง “แลกเกอร์สำหรับใช้กับภาชนะบรรจุอาหาร” (มอก.735) ได้จำแนกแลกเกอร์ที่ใช้กับกระป๋องบรรจุอาหารออกเป็น 2 ประเภท คือ

(1)     ประเภทที่ 1 แลกเกอร์สำหรับเคลือบกระป๋องที่ผ่านกระบวนการฆ่าเชื้อด้วยความร้อน ซึ่งแบ่งย่อยออกเป็นอีก 3 ชนิด คือ

-            ชนิดทนกรด สำหรับกระป๋องบรรจุอาหารที่มีความเป็นกรดสูง

-            ชนิดทนกำมะถัน สำหรับกระป๋องบรรจุอาหารที่มีปริมาณกำมะถันสูง

-            ชนิดทั่วไป สำหรับกระป๋องบรรจุอาหารที่นอกเหนือจากชนิดทนกรดและกำมะถัน

(2)  ประเภทที่ 2 แลกเกอร์สำหรับเคลือบกระป๋องที่ไม่ผ่านกรรมวิธีการฆ่าเชื้อด้วยความร้อน