Prueba para envases de vidrio: el control de calidad del material de embalaje

Cuando se trata de almacenar alimentos, bebidas o productos farmacéuticos, los recipientes de vidrio son una opción popular por su claridad, inercia química y seguridad general. Es posible que aprecies el vidrio por su atractivo estético o por cómo mantiene la integridad de su interior sin impartir sabores ni productos químicos nocivos. Sin embargo, no se trata sólo de apariencia o gusto; La calidad y durabilidad de los envases de vidrio son fundamentales, especialmente cuando se utilizan para almacenar productos farmacéuticos. Aquí es donde entran en juego las pruebas específicas para envases de vidrio, que garantizan que cada frasco, botella o vial cumpla con estándares rigurosos antes de que llegue a sus manos.

Probar los envases de vidrio implica una serie de procedimientos para evaluar su idoneidad y resistencia a las tensiones a las que se enfrentarán durante su vida útil. Este artículo analizará varias pruebas que se realizan comúnmente en envases de vidrio en diferentes etapas.

Tipos y usos de envases de vidrio

Los envases de vidrio vienen en muchas formas, incluidas botellas y frascos, todos diseñados con una aplicación específica en mente. Su elección puede variar desde pequeños viales para productos farmacéuticos hasta grandes botellas de agua. 

Existen varios tipos de vidrio utilizados para envases, que tienen diferentes propiedades y aplicaciones. Los principales tipos son:

• Vidrio de borosilicato tipo I: Tiene alta resistencia al calor y durabilidad química. Se utiliza para envases farmacéuticos y cristalería de laboratorio.
• Vidrio sodocálcico tratado tipo II: El vidrio tipo II se trata con azufre para aumentar la resistencia química. Utilizado para productos farmacéuticos parenterales y no parenterales.
• Vidrio sodocálcico normal tipo III: el tipo de vidrio más común y económico. Se utiliza para alimentos, bebidas, cosméticos y productos farmacéuticos sólidos de dosificación oral.
• Vidrio ámbar: Vidrio sodocálcico tintado que protege el contenido de la luz ultravioleta. Se utiliza para productos sensibles a la luz como cerveza o medicamentos.
• Vidrio de plomo: Contiene óxido de plomo, utilizado decorativamente para frascos de perfumes y algunas bebidas espirituosas.

Métodos y procedimientos de prueba

En el mundo de la fabricación de envases de vidrio, las pruebas y el control de calidad son primordiales. Estándares precisos guían estas pruebas para garantizar la seguridad y el rendimiento.

Comprensión de ASTM C147 y el método de prueba A/B

ASTM C147 proporciona métodos de prueba estándar para determinar la resistencia a la presión interna de botellas de vidrio, viales, ampollas y otros recipientes. Implica aumentar gradualmente la presión hidráulica o neumática interna hasta que falle el contenedor.

Acerca de ASTM, se describen dos métodos de prueba: el método A aplica un nivel de presión preestablecido, mientras que el método B aumenta la presión a un ritmo constante hasta que se produce la explosión. La presión máxima soportada se anota como presión de fallo.

• Método de prueba A: En esta prueba, una muestra de vidrio se somete a una solución ácida diluida y la cantidad de vidrio disuelto se mide usando unidades SI, lo que indica la durabilidad y resistencia del material a contenidos ácidos.
• Método de prueba B: Implica el uso de una solución tampón para mantener un pH específico, donde se evalúa el rendimiento del vidrio en condiciones estrictamente controladas, destacando su resistencia al estrés químico.

La presión de falla medida se compara con los límites especificados según las dimensiones, la capacidad y el uso final del contenedor. Los aspectos clave evaluados son la resistencia a la presión y el modo de fractura para garantizar márgenes de seguridad adecuados.

Factores como el espesor del vidrio, los defectos, el historial térmico y la tasa de carga afectan los resultados. La prueba verifica la capacidad del contenedor para soportar presiones internas durante el procesamiento, la vida útil y el transporte sin riesgos de fragmentación.

 Prueba de solubilidad 

La prueba de solubilidad es un procedimiento analítico importante que se realiza sobre el vidrio para determinar su durabilidad química y su resistencia a la lixiviación alcalina cuando entra en contacto con agua o soluciones acuosas.

En esta prueba, se sumerge un trozo de vidrio en agua destilada o ácido diluido y luego se evalúa la solución para determinar la cantidad de vidrio que se ha disuelto en el líquido.

La prueba tiene como objetivo proporcionar una indicación de la resistencia hidrolítica y la estabilidad química de un material de vidrio en condiciones extremas. Los resultados sirven como control de calidad para garantizar el cumplimiento de las especificaciones y la idoneidad para la aplicación farmacéutica o de otro tipo prevista.

Los factores clave que afectan el resultado de la prueba incluyen la composición del vidrio, el historial térmico, la condición de la superficie y los parámetros de la prueba como la temperatura, la duración y el volumen de agua. Los límites permitidos varían según el tipo de vidrio según las monografías de la farmacopea.

Pruebas de resistencia al choque térmico

Las pruebas de resistencia al choque térmico determinan la capacidad de los materiales y componentes para resistir cambios repentinos de temperatura extrema sin agrietarse, fracturarse o sufrir daños físicos.

En este método de prueba, las muestras de prueba se someten a transiciones térmicas rápidas, como transferencias inmediatas entre ambientes fríos y calientes o cambios abruptos de temperatura en el medio circundante.

Las temperaturas extremas típicas oscilan entre -70°C y +150°C.

Los aspectos clave evaluados son la integridad estructural después de la exposición al choque térmico, la ausencia de grietas/fracturas y el mantenimiento del desempeño funcional. La prueba tiene como objetivo simular las fluctuaciones de temperatura reales observadas en la práctica debido a factores como cambios climáticos rápidos, arranque/apagado de equipos o ciclos térmicos operativos.

Prueba de carga vertical:

La prueba de carga vertical, también conocida como prueba de carga axial, es una prueba de control de calidad clave que se realiza para determinar la resistencia mecánica y la capacidad de los envases de vidrio para resistir fuerzas verticales durante la manipulación y el almacenamiento.

En esta prueba, los contenedores se someten a una carga de compresión que aumenta gradualmente y se aplica verticalmente a través de placas planas hasta que se produce la falla. Se observa el nivel de carga que causa la falla para compararlo con los límites especificados. La prueba también se puede llevar a cabo a un nivel de carga preestablecido para una evaluación de pasa/falla.

Los aspectos clave evaluados son la carga máxima soportada antes de la fractura o un grado aceptable de deformación. La prueba simula las condiciones de tensión encontradas en la práctica y verifica márgenes de resistencia suficientes y el cumplimiento de los códigos de seguridad.
Factores como el espesor del vidrio, la capacidad, la geometría, los defectos y la tasa de aplicación de fuerza vertical influyen en el resultado de la prueba. Las especificaciones de resistencia mínima varían según el tipo de contenedor y la aplicación prevista.

Prueba de resistencia a la presión interna

Las pruebas de resistencia a la presión interna determinan la capacidad de las botellas y frascos de vidrio para resistir la fractura cuando se someten a las presiones internas esperadas durante el procesamiento y la vida útil.

En este método de prueba según ASTM C147, los contenedores de vidrio se sellan de forma segura y se presurizan gradualmente internamente, ya sea a un ritmo constante (Método B) o se mantienen a un nivel de presión preestablecido (Método A) hasta que se produce la explosión. Se registra el nivel de presión que causa la falla.

Los aspectos clave evaluados son la presión máxima de la superficie interna soportada y el modo de fractura. La presión de rotura medida se compara con los límites especificados según las dimensiones, la capacidad y las presiones esperadas del producto del contenedor. La prueba simula condiciones de presión realistas que los alimentos, bebidas, cosméticos y productos farmacéuticos envasados pueden ejercer a lo largo del tiempo debido a factores como la liberación de gases, cambios de temperatura, etc. Sirve como control de calidad crítico antes del sellado y distribución de contenedores. 

La resistencia a la presión está influenciada por el espesor del vidrio, los defectos, la composición, el historial térmico y la tasa de carga. Los márgenes de seguridad mejorados evitan explosiones y riesgos de fragmentación. 

Prueba de permeabilidad al vapor de agua

La prueba de permeabilidad al vapor de agua se utiliza para medir la velocidad y la cantidad de vapor de agua que puede atravesar un material a lo largo del tiempo. Indica qué tan transpirable es un material.

En este método de prueba, se sujeta firmemente una muestra circular sobre un recipiente de prueba abierto que contiene un desecante o agua. El recipiente se coloca en una atmósfera controlada con una humedad y temperatura establecidas. Se hace circular aire sobre la superficie de la muestra a una velocidad específica.

Durante un período medido, la masa de vapor de agua que penetra a través de la muestra hacia el recipiente se cuantifica mediante pesajes periódicos. Esto permite calcular la tasa de transmisión de vapor de agua y la permeabilidad del material de prueba.

Los parámetros clave que se controlan incluyen la temperatura del aire, los niveles de humedad relativa en cada lado de la muestra y la tasa de circulación del aire. El resultado de la permeabilidad puede variar significativamente dependiendo de estas condiciones de prueba.

La prueba tiene aplicaciones en la evaluación de materiales utilizados para embalajes, ropa, calzado, guantes y equipos de protección, entre otros. Indica la capacidad de los materiales para permitir que la transpiración y el vapor de humedad se disipen a través de ellos.

Prueba de fragmentación

La prueba de fragmentación del vidrio es una prueba de control de calidad realizada sobre vidrio templado o térmicamente reforzado para determinar el nivel de tensión residual y la seguridad del vidrio. En esta prueba destructiva, se fractura una muestra de vidrio templado y se analizan los fragmentos de vidrio resultantes. Los aspectos clave evaluados son el número de fragmentos contados en un área de prueba, la distribución del tamaño de los fragmentos y el patrón de fragmentación.

Normas como EN 12150-1 definen los requisitos mínimos de recuento de fragmentos en función del espesor del vidrio para la clasificación del vidrio de seguridad. Un mayor número de fragmentos indica una mayor tensión de compresión residual en la superficie del vidrio, lo que resulta en una mayor seguridad a través de un mayor grado de fragmentación.

La prueba proporciona un medio práctico y confiable para garantizar un templado adecuado, medir la compresión de la superficie residual y cumplir con los códigos de seguridad. Sin embargo, es necesario romper muestras de vidrio y contar los fragmentos manualmente, lo cual resulta tedioso. Las técnicas de análisis digital emergentes están automatizando el proceso de cuantificación para mejorar la eficiencia.

Pruebas específicas para envases de alimentos y bebidas

Cuando se trata de envases de alimentos y bebidas, se diseñan pruebas específicas para abordar inquietudes exclusivas de estas aplicaciones. Los recipientes de vidrio para almacenar alimentos deben pasar pruebas rigurosas para garantizar que no contaminen los alimentos ni alteren su sabor. Estos pueden incluir evaluaciones sensoriales y controles de integridad del sello.

• Prueba de transmisión espectral:

Las pruebas de transmisión espectral miden la cantidad de luz transmitida a través del vidrio en diferentes longitudes de onda en las regiones ultravioleta, visible e infrarroja.

Implica el uso de un espectrofotómetro para cuantificar el porcentaje de transmisión del vidrio o la transmitancia en el rango de 290 a 450 nm para envases farmacéuticos y de 250 a 1800 nm para otros productos de vidrio. 

Los aspectos clave evaluados son el efecto de la composición, el espesor, los defectos y la curvatura del vidrio sobre la transmitancia. La prueba tiene como objetivo garantizar un bloqueo UV adecuado para la protección del producto, una visibilidad adecuada y el cumplimiento de las especificaciones de la industria.

Técnicas de prueba avanzadas

Para garantizar la seguridad y la calidad de los envases de vidrio, las técnicas de prueba avanzadas son cruciales. Estas técnicas le ayudan a determinar la durabilidad y resistencia del vidrio a diversas tensiones, garantizando que pasen pruebas de seguridad críticas.

Resistencia hidrolítica mediante métodos de autoclave

Cuando se realizan pruebas de resistencia hidrolítica, los métodos de autoclave son integrales. Estos métodos implican exponer el vidrio a vapor a presión, simulando condiciones de envejecimiento acelerado. Las pruebas pueden seguir procedimientos como el Método de prueba BA (también conocido como método de prueba A en autoclave), que le ayuda a evaluar la resistencia del vidrio cuando se somete a un ambiente húmedo y agresivo a temperaturas elevadas.

• Prueba de autoclave hidrolítica: se pulveriza una muestra de vidrio y luego se expone al vapor en un autoclave. La durabilidad del vidrio se evalúa midiendo la cantidad de álcali liberado.

Además, existe el método de prueba BW y el método de prueba PW, los cuales tienen en cuenta la pérdida de peso de la muestra de vidrio después de someterse al proceso de autoclave. Los datos obtenidos de estas pruebas son esenciales para que usted, como fabricante de vidrio, pueda evaluar el rendimiento de los envases de vidrio en condiciones que imitan el uso real.

Análisis de fallas y desempeño bajo estrés

Analizar por qué falla el vidrio y medir su desempeño bajo estrés son pruebas diseñadas para su beneficio a largo plazo. Estas pruebas progresivas le ayudan a identificar problemas subyacentes que podrían provocar fallos en el producto.

• Análisis de fallas: un enfoque metódico en el que se examina el vidrio después de la falla para identificar la causa. Se utilizan técnicas como el análisis de fracturas y la inspección de superficies. Estos datos son invaluables para prevenir fallas futuras.
• Prueba de Durabilidad: Evalúa qué tan bien los envases de vidrio pueden soportar esfuerzos mecánicos. Los contenedores se someten a condiciones que imitan el manejo y el uso del mundo real para evaluar su resistencia y durabilidad. Esta prueba ayuda a garantizar que los envases de vidrio pasen la prueba del uso diario sin fallar.

Pruebas de envases farmacéuticos

La prueba del vidrio en polvo

La prueba de vidrio en polvo es una prueba de control de calidad realizada en recipientes de vidrio utilizados para envases farmacéuticos para estimar la cantidad de álcali que puede filtrarse de la superficie del vidrio en condiciones extremas. Implica los siguientes pasos clave:

• Los recipientes de vidrio se trituran hasta obtener un polvo fino para aumentar la superficie expuesta a las condiciones de prueba.
• La muestra de vidrio en polvo se lava minuciosamente para eliminar las partículas finas adheridas.
• Luego se calienta la muestra en agua a 121°C en un autoclave durante 30 minutos. Esta temperatura acelera el proceso de lixiviación.
• Luego, la solución se titula con ácido sulfúrico usando un indicador rojo de metilo para determinar la cantidad de álcali lixiviado.

La prueba proporciona una indicación de la resistencia hidrolítica y la durabilidad química de un recipiente de vidrio. Los límites permitidos se establecen según las especificaciones de la farmacopea según el tipo de vidrio. Una mayor cantidad de álcali lixiviado indica una menor resistencia y un mayor riesgo de interacción del producto.

La prueba del ataque del agua

La prueba de ataque del agua se utiliza para determinar si la resistencia a los álcalis de los envases de vidrio puede destinarse a uso farmacéutico, especialmente aquellos tratados con dióxido de azufre.

En esta prueba, se sumergen recipientes de vidrio enteros durante 30 minutos junto con agua en un autoclave a 121°C. En estas duras condiciones, el álcali de la superficie del vidrio se filtra al agua.

Luego, la solución de prueba se titula con una solución ácida estandarizada para cuantificar la cantidad de álcali (generalmente iones de sodio) liberado. Luego se calcula la lixiviación de álcali y se compara con el límite farmacopeico permitido según el tipo de vidrio.

Esta prueba proporciona una indicación exagerada de la resistencia hidrolítica y la durabilidad química de los envases de vidrio. Una mayor cantidad de fuga de álcali indica una peor resistencia a los álcalis y un mayor riesgo de interacción del producto entre el vidrio y el contenido farmacéutico durante la vida útil.

Pruebas físicas y de rendimiento

Al considerar la confiabilidad y seguridad de los envases de vidrio, las pruebas físicas y de rendimiento son fundamentales. Querrá concentrarse en qué tan bien los contenedores pueden soportar la presión y garantizar que sus propiedades de sellado cumplan con los estándares.

Examen de resistencia a la presión y la carga

Las pruebas de resistencia a la presión interna son fundamentales para determinar si sus envases de vidrio pueden soportar las presiones que encontrarán, especialmente si están destinados a bebidas carbonatadas u otros contenidos presurizados. Se podría utilizar un método de prueba progresivo, en el que se aumenta gradualmente la presión sobre el recipiente hasta que alcanza el punto de falla. Para obtener resultados precisos y repetibles, es vital que el equipo utilizado esté bien calibrado y reciba mantenimiento periódico.

• Métodos de prueba: las pruebas comunes incluyen la prueba de estallido y la prueba de presión, que evalúan el vidrio para garantizar que sea lo suficientemente robusto como para evitar roturas durante el uso normal y capaz de soportar cambios repentinos de presión.
• Tamaño de la muestra: Cada contenedor analizado debe ser una muestra representativa de su producción para garantizar la coherencia.

Evaluación de las propiedades de sellado de contenedores

También debe examinar las propiedades de sellado de sus contenedores para asegurarse de que sean herméticos y a prueba de fugas. Esto implica probar el contenedor con su cierre previsto en las condiciones que podría enfrentar durante su ciclo de vida, como ser almacenado en un refrigerador o calentado en un microondas. La tapa o el mecanismo de cierre de un contenedor deben probarse repetidamente para garantizar que el sello permanezca intacto y funcional.

Integridad del sellado y prueba de fugas.

La integridad del sellado y las pruebas de fugas de los envases de vidrio son vitales para garantizar un cierre hermético y prevenir la contaminación microbiana en productos sanitarios estériles. Los métodos de prueba comunes incluyen pruebas de caída del vacío, emisión de burbujas y entrada de tinte. Los contenedores se llenan con una solución, se sellan y se revisan para detectar fugas indicadas por pérdida de solución con el tiempo, burbujas de gas o entrada de solución de tinte exterior.

Cumplimiento normativo y estándar

Comparación de estándares internacionales y nacionales

A medida que navega por las regulaciones, encontrará estándares nacionales e internacionales. Los estándares internacionales como los establecidos por ASTM (Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales) brindan un consenso sobre las especificaciones relacionadas con la calidad del material, la seguridad y las consideraciones ambientales. Estos estándares sirven como punto de referencia entre diferentes países y ayudan a crear un terreno común para el embalaje seguro.

Por otro lado, las normas nacionales tienden a abordar limitaciones regulatorias específicas y preocupaciones de seguridad que son particulares de un país. Estos estándares podrían ser más estrictos o detallados en ciertos aspectos en comparación con los estándares internacionales para garantizar el cumplimiento de las políticas y prácticas locales.

Consideraciones ambientales y de seguridad

Las prácticas ambientales pesan mucho en el proceso de cumplimiento. Debe asegurarse de que sus envases de vidrio cumplan con procesos de producción y eliminación ambientalmente seguros. Las limitaciones regulatorias también pueden extenderse al impacto ambiental de los materiales utilizados y el proceso de fabricación de los envases de vidrio. 

En resumen, las pruebas rigurosas son esenciales para garantizar la seguridad e integridad de los envases de vidrio utilizados para alimentos y bebidas. Las pruebas descritas evalúan atributos clave como resistencia, durabilidad y capacidad de sellado hermético que son fundamentales para evitar roturas durante la producción, el transporte y el uso. Al cumplir con los estándares y realizar evaluaciones periódicas, los fabricantes pueden tener la confianza de que sus envases de vidrio protegerán el contenido y funcionarán según lo previsto. A medida que surjan nuevos diseños y materiales de envases, las pruebas seguirán desempeñando un papel importante en el control de calidad y en el mantenimiento de la confianza del consumidor en la industria del envasado de vidrio. Adaptar los métodos de prueba a las innovaciones ayuda a respaldar el crecimiento sostenible y al mismo tiempo priorizar la seguridad.