Test per contenitori in vetro: il controllo di qualità del materiale di imballaggio

Quando si tratta di conservare alimenti, bevande o prodotti farmaceutici, i contenitori in vetro sono una scelta popolare per la loro trasparenza, inerzia chimica e sicurezza generale. Potresti apprezzare il vetro per il suo fascino estetico o per il modo in cui mantiene l'integrità del contenuto senza conferire sapori o sostanze chimiche dannose. Tuttavia, non è solo una questione di aspetto o gusto; la qualità e la durata dei contenitori di vetro sono fondamentali, soprattutto quando vengono utilizzati per conservare prodotti farmaceutici. È qui che entrano in gioco test specifici sui contenitori di vetro, per garantire che ogni barattolo, bottiglia o fiala soddisfi standard rigorosi prima che raggiungano le tue mani.

Il test dei contenitori in vetro prevede una serie di procedure per valutarne l'idoneità e la resistenza alle sollecitazioni a cui saranno sottoposti durante la loro vita. Questo articolo discuterà vari test comunemente eseguiti su contenitori di vetro in diverse fasi.

Tipi e usi dei contenitori di vetro

I contenitori di vetro sono disponibili in molte forme, comprese bottiglie e barattoli, tutti progettati pensando a un'applicazione specifica. La tua scelta potrebbe variare da piccole fiale per prodotti farmaceutici a grandi bottiglie d'acqua. 

Esistono diversi tipi di vetro utilizzati per gli imballaggi, che hanno proprietà e applicazioni diverse. Le tipologie principali sono:

• Vetro borosilicato di tipo I: ha un'elevata resistenza al calore e durabilità chimica. Utilizzato per imballaggi farmaceutici e vetreria da laboratorio.
• Vetro sodo-calcico trattato di tipo II: il vetro di tipo II è trattato con zolfo per una maggiore resistenza chimica. Utilizzato per prodotti farmaceutici parenterali e non parenterali.
• Vetro sodico-calcico normale di tipo III: il tipo di vetro più comune ed economico. Utilizzato per alimenti, bevande, cosmetici e prodotti farmaceutici solidi a dosaggio orale.
• Vetro ambrato: vetro sodo-calcico colorato che protegge il contenuto dai raggi UV. Utilizzato per prodotti sensibili alla luce come birra o farmaci.
• Vetro cristallo al piombo: contiene ossido di piombo, utilizzato a scopo decorativo per bottiglie di profumo e alcuni liquori.

Metodi e procedure di test

Nel mondo della produzione di contenitori in vetro, i test e il controllo qualità sono fondamentali. Standard precisi guidano questi test per garantire sicurezza e prestazioni.

Comprensione dell'ASTM C147 e del metodo di prova A/B

ASTM C147 fornisce metodi di prova standard per determinare la resistenza alla pressione interna di bottiglie di vetro, fiale, fiale e altri contenitori. Si tratta di aumentare gradualmente la pressione idraulica o pneumatica interna fino al cedimento del contenitore.

Per quanto riguarda ASTM, vengono descritti due metodi di prova: il metodo A applica un livello di pressione preimpostato mentre il metodo B aumenta la pressione a una velocità costante fino allo scoppio. La pressione massima sopportata viene indicata come pressione di rottura.

• Metodo di test A: In questo test, un campione di vetro viene sottoposto a una soluzione acida diluita e la quantità di vetro disciolto viene misurata utilizzando unità SI, indicando la durabilità del materiale e la resistenza ai contenuti acidi.
• Metodo di prova B: prevede l'utilizzo di una soluzione tampone per mantenere un pH specifico, in cui le prestazioni del vetro vengono valutate in condizioni strettamente controllate, evidenziandone la resilienza allo stress chimico.

La pressione di guasto misurata viene confrontata con i limiti specificati in base alle dimensioni del contenitore, alla capacità e all'uso finale. Gli aspetti chiave valutati sono la resistenza alla pressione e la modalità di frattura per garantire adeguati margini di sicurezza.

Fattori come lo spessore del vetro, i difetti, la storia termica e la velocità di carico influiscono sui risultati. Il test verifica la capacità del contenitore di resistere alle pressioni interne durante la lavorazione, la durata di conservazione e il trasporto senza rischi di frammentazione.

 Prova di solubilità 

Il test di solubilità è un'importante procedura analitica eseguita sul vetro per determinarne la durabilità chimica e la resistenza alla lisciviazione degli alcali a contatto con acqua o soluzioni acquose.

In questo test, un pezzo di vetro viene immerso in acqua distillata o acido diluito e la soluzione viene quindi valutata per determinare la quantità di vetro che si è disciolta nel liquido.

Il test mira a fornire un'indicazione sulla resistenza idrolitica e sulla stabilità chimica di un materiale di vetro in condizioni estreme. I risultati servono come controllo di qualità per garantire la conformità alle specifiche e l'idoneità per l'applicazione farmaceutica o di altro tipo prevista.

I fattori chiave che influiscono sul risultato del test includono la composizione del vetro, la storia termica, le condizioni della superficie e i parametri del test come temperatura, durata e volume dell'acqua. I limiti consentiti variano in base al tipo di vetro come da monografie farmacopeali.

Test di resistenza allo shock termico

I test di resistenza agli shock termici determinano la capacità dei materiali e dei componenti di resistere a sbalzi di temperatura estremi e improvvisi senza rompersi, fratturarsi o subire danni fisici.

In questo metodo di prova, i campioni di prova sono soggetti a rapide transizioni termiche come trasferimenti immediati tra ambienti caldi e freddi o bruschi cambiamenti di temperatura nel mezzo circostante.

Le temperature estreme tipiche vanno da -70°C a +150°C.

Gli aspetti chiave valutati sono l'integrità strutturale dopo l'esposizione allo shock termico, l'assenza di crepe/fratture e il mantenimento delle prestazioni funzionali. Il test mira a simulare le fluttuazioni di temperatura reali osservate nella pratica a causa di fattori quali rapidi cambiamenti meteorologici, avvio/spegnimento delle apparecchiature o cicli termici operativi.

Prova di carico verticale:

Il test di carico verticale, noto anche come test di carico assiale, è un test chiave di controllo qualità eseguito per determinare la resistenza meccanica e la capacità dei contenitori di vetro di resistere alle forze verticali durante la movimentazione e lo stoccaggio.

In questo test, i contenitori sono sottoposti a un carico di compressione gradualmente crescente applicato verticalmente attraverso piastre piane fino a quando non si verifica la rottura. Viene annotato il livello di carico che causa il guasto per confrontarlo con i limiti specificati. Il test può anche essere eseguito a un livello di carico preimpostato per la valutazione pass/fail.

Gli aspetti chiave valutati sono il carico massimo sopportato prima della frattura o un grado accettabile di deformazione. Il test simula le condizioni di stress riscontrate nella pratica e verifica margini di resistenza sufficienti e conformità alle norme di sicurezza.
Fattori come lo spessore del vetro, la capacità, la geometria, i difetti e il tasso di applicazione della forza verticale influenzano il risultato del test. Le specifiche relative alla resistenza minima variano in base al tipo di contenitore e all'applicazione prevista.

Test di resistenza alla pressione interna

Il test di resistenza alla pressione interna determina la capacità delle bottiglie e dei barattoli di vetro di resistere alla frattura quando sottoposti alle pressioni interne previste durante la lavorazione e la durata di conservazione.

In questo metodo di prova conforme a ASTM C147, i contenitori di vetro vengono sigillati in modo sicuro e gradualmente pressurizzati internamente a una velocità costante (metodo B) o mantenuti a un livello di pressione preimpostato (metodo A) fino allo scoppio. Viene registrato il livello di pressione che causa il guasto.

Gli aspetti chiave valutati sono la massima pressione superficiale interna sopportata e la modalità di frattura. La pressione di scoppio misurata viene confrontata con i limiti specificati in base alle dimensioni del contenitore, alla capacità e alle pressioni previste del prodotto. Il test simula condizioni di pressione realistiche che alimenti, bevande, cosmetici e prodotti farmaceutici confezionati possono esercitare nel tempo a causa di fattori quali rilascio di gas, variazioni di temperatura, ecc. Serve come controllo critico di qualità prima della sigillatura e della distribuzione del contenitore. 

La resistenza alla pressione è influenzata dallo spessore del vetro, dai difetti, dalla composizione, dalla storia termica e dalla velocità di carico. I margini di sicurezza migliorati prevengono esplosioni e rischi di frammentazione. 

Test di permeabilità al vapore acqueo

Il test di permeabilità al vapore acqueo viene utilizzato per misurare la velocità e la quantità di vapore acqueo che può passare attraverso un materiale nel tempo. Indica quanto è traspirante un materiale.

In questo metodo di prova, un campione circolare viene fissato saldamente su un recipiente di prova aperto contenente un essiccante o acqua. La nave viene posta in un'atmosfera controllata con umidità e temperatura prestabilite. L'aria viene fatta circolare sulla superficie del campione a una velocità specificata.

Nel corso di un periodo misurato, la massa di vapore acqueo che permea attraverso il campione nel recipiente viene quantificata mediante pesate periodiche. Ciò consente il calcolo della velocità di trasmissione del vapore acqueo e della permeabilità del materiale di prova.

I parametri chiave controllati includono la temperatura dell'aria, i livelli di umidità relativa su ciascun lato del campione e la velocità di circolazione dell'aria. Il risultato della permeabilità può variare in modo significativo a seconda di queste condizioni di prova.

Il test ha applicazioni nella valutazione dei materiali utilizzati, tra gli altri, per imballaggi, abbigliamento, calzature, guanti e dispositivi di protezione. Indica la capacità dei materiali di consentire al sudore e al vapore acqueo di dissiparsi attraverso di essi.

Prova di frammentazione

Il test di frammentazione del vetro è un test di controllo qualità eseguito su vetro temperato o indurito termicamente per determinare il livello di stress residuo e di sicurezza del vetro. In questo test distruttivo, un campione di vetro temperato viene fratturato e i frammenti di vetro risultanti vengono analizzati. Gli aspetti chiave valutati sono il numero di frammenti contati in un'area di prova, la distribuzione dimensionale dei frammenti e il modello di frammentazione.

Standard come EN 12150-1 definiscono i requisiti minimi di conteggio dei frammenti in base allo spessore del vetro per la classificazione del vetro di sicurezza. Un numero maggiore di frammenti indica una maggiore sollecitazione di compressione residua sulla superficie del vetro, con conseguente maggiore sicurezza attraverso un grado di frammentazione più elevato.

Il test fornisce un mezzo pratico e affidabile per garantire un corretto rinvenimento, misurare la compressione superficiale residua e soddisfare i codici di sicurezza. Tuttavia, è necessario rompere i campioni di vetro e contare manualmente i frammenti, il che è noioso. Le tecniche emergenti di analisi digitale stanno automatizzando il processo di quantificazione per una migliore efficienza.

Test specifici per contenitori di alimenti e bevande

Quando si tratta di contenitori per alimenti e bevande, vengono eseguiti test specifici su misura per affrontare le problematiche specifiche di queste applicazioni. I contenitori per la conservazione degli alimenti in vetro devono superare test rigorosi per garantire che non contaminino il cibo o ne alterino il gusto. Questi possono includere valutazioni sensoriali e controlli dell'integrità dei sigilli.

• Test di trasmissione spettrale:

Il test della trasmissione spettrale misura la quantità di luce trasmessa attraverso il vetro a diverse lunghezze d'onda nelle regioni dell'ultravioletto, del visibile e dell'infrarosso.

Implica l'utilizzo di uno spettrofotometro per quantificare la percentuale di trasmissione del vetro o la trasmittanza nell'intervallo 290-450 nm per contenitori farmaceutici e tra 250-1800 nm per altri prodotti in vetro. 

Gli aspetti chiave valutati sono l'effetto della composizione del vetro, dello spessore, dei difetti e della curvatura sulla trasmittanza. Il test mira a garantire un adeguato blocco dei raggi UV per la protezione del prodotto, un'adeguata visibilità e la conformità alle specifiche del settore.

Tecniche di test avanzate

Per garantire la sicurezza e la qualità dei contenitori di vetro, sono fondamentali tecniche di test avanzate. Queste tecniche aiutano a determinare la durabilità e la resistenza del vetro a varie sollecitazioni, garantendo che superino test critici di sicurezza.

Resistenza idrolitica utilizzando metodi in autoclave

Quando si esegue il test della resistenza idrolitica, i metodi in autoclave sono parte integrante. Questi metodi prevedono l'esposizione del vetro al vapore sotto pressione, simulando condizioni di invecchiamento accelerato. I test possono seguire procedure come il metodo di test BA (noto anche come metodo di test in autoclave A), che aiuta a valutare la resistenza del vetro quando è sottoposto a un ambiente aggressivo e umido a temperature elevate.

• Test idrolitico in autoclave: un campione di vetro viene polverizzato, quindi esposto al vapore in un'autoclave. La durabilità del vetro viene valutata misurando la quantità di alcali rilasciati.

Inoltre, sono disponibili il metodo di prova BW e il metodo di prova PW, che tengono entrambi conto della perdita di peso del campione di vetro dopo essere stato sottoposto al processo in autoclave. I dati raccolti da questi test sono essenziali per te, come produttore di vetro, per valutare le prestazioni dei contenitori di vetro in condizioni che imitano l'uso reale.

Analisi dei fallimenti e delle prestazioni sotto stress

Analizzare il motivo per cui il vetro si rompe e misurare le sue prestazioni sotto stress sono test progettati per un vantaggio a lungo termine. Questi test progressivi ti aiutano a individuare i problemi di fondo che potrebbero portare al fallimento del prodotto.

• Analisi del guasto: un approccio metodico in cui il vetro viene esaminato dopo il guasto per identificarne la causa. Vengono utilizzate tecniche come l'analisi della frattura e l'ispezione della superficie. Questi dati hanno un valore inestimabile per prevenire futuri guasti.
• Test di durabilità: valuta la capacità dei contenitori in vetro di resistere alle sollecitazioni meccaniche. I contenitori sono sottoposti a condizioni che imitano la manipolazione e l'utilizzo nel mondo reale per valutarne la resistenza e la durata. Questo test aiuta a garantire che i contenitori di vetro superino senza problemi il test dell'uso quotidiano.

Test sugli imballaggi farmaceutici

Il test del vetro in polvere

Il Powdered Glass Test è un test di controllo qualità eseguito su contenitori di vetro utilizzati per l'imballaggio farmaceutico per stimare la quantità di alcali che possono fuoriuscire dalla superficie del vetro in condizioni estreme. Comprende i seguenti passaggi chiave:

• I contenitori di vetro vengono frantumati in una polvere fine per aumentare la superficie esposta alle condizioni di prova.
• Il campione di vetro in polvere viene lavato accuratamente per rimuovere eventuali particelle fini aderenti.
• Il campione viene quindi riscaldato in acqua a 121°C in un'autoclave per 30 minuti. Questa temperatura accelera il processo di lisciviazione.
• La soluzione viene quindi titolata con acido solforico utilizzando un indicatore rosso metile per determinare la quantità di alcali lisciviati.

Il test fornisce un'indicazione sulla resistenza idrolitica e sulla durabilità chimica di un contenitore di vetro. I limiti consentiti sono fissati secondo le specifiche farmacopeali in base al tipo di vetro. Una maggiore quantità di alcali lisciviati indica una minore resistenza e un aumento del rischio di interazione con il prodotto.

Il test dell'attacco dell'acqua

Il Water Attack Test serve per determinare se la resistenza agli alcali dei contenitori in vetro può essere destinato ad uso farmaceutico, soprattutto quelli trattati con anidride solforosa.

In questo test, interi contenitori di vetro vengono immersi per 30 minuti insieme ad acqua in un'autoclave a 121°C. In queste condizioni difficili, gli alcali della superficie del vetro si disperdono nell'acqua.

La soluzione in esame viene quindi titolata con una soluzione acida standardizzata per quantificare la quantità di alcali (solitamente ioni sodio) rilasciati. Viene quindi calcolata la lisciviazione degli alcali e confrontata con il limite farmacopea consentito in base al tipo di vetro.

Questo test fornisce un'indicazione esagerata della resistenza idrolitica e della durabilità chimica dei contenitori di vetro. Una maggiore quantità di perdite di alcali indica una minore resistenza agli alcali e un aumento del rischio di interazione del prodotto tra il vetro e il contenuto farmaceutico durante la durata di conservazione.

Test fisici e prestazionali

Quando si considera l'affidabilità e la sicurezza dei contenitori in vetro, i test fisici e prestazionali sono fondamentali. Ti consigliamo di concentrarti su quanto bene i contenitori possono gestire la pressione e garantire che le loro proprietà di tenuta siano conformi agli standard.

Esame della resistenza alla pressione e al carico

Testare la resistenza alla pressione interna è fondamentale per determinare se i contenitori di vetro possono resistere alle pressioni che incontreranno, soprattutto se sono destinati a bevande gassate o altri contenuti pressurizzati. Potrebbe essere utilizzato un metodo di prova progressivo, in cui la pressione viene aumentata in modo incrementale sul contenitore fino a raggiungere il punto di rottura. Per risultati accurati e ripetibili, è fondamentale che l'attrezzatura utilizzata sia ben calibrata e sottoposta a regolare manutenzione.

• Metodi di prova: i test comuni includono il test di scoppio e il test di pressione, che valutano il vetro per garantire che sia sufficientemente robusto da evitare rotture durante il normale utilizzo e in grado di gestire improvvisi sbalzi di pressione.
• Dimensioni del campione: ciascun contenitore testato deve essere un campione rappresentativo della produzione per garantire la coerenza.

Valutazione delle proprietà di sigillatura del contenitore

È inoltre necessario esaminare le proprietà di tenuta dei contenitori per assicurarsi che siano ermetici e a prova di perdite. Ciò comporta il test del contenitore con la chiusura prevista nelle condizioni che potrebbe incontrare durante il suo ciclo di vita, ad esempio se conservato in frigorifero o riscaldato in un forno a microonde. Il coperchio o il meccanismo di chiusura di un contenitore devono essere testati ripetutamente per garantire che il sigillo rimanga intatto e funzionante.

Integrità della tenuta e test di tenuta

L'integrità della sigillatura e i test di tenuta dei contenitori di vetro sono fondamentali per garantire la chiusura ermetica e prevenire la contaminazione microbica nei prodotti sanitari sterili. I metodi di prova più comuni includono test di decadimento del vuoto, emissione di bolle e ingresso di colorante. I contenitori vengono riempiti con una soluzione, sigillati e controllati per eventuali perdite indicate da perdita di soluzione nel tempo, bolle di gas o ingresso di soluzione colorante esterna.

Conformità normativa e standard

Confronto tra standard internazionali e nazionali

Mentre esplori le normative, incontrerai standard sia internazionali che nazionali. Gli standard internazionali come quelli stabiliti dall'ASTM (American Society for Testing and Materials) forniscono un consenso sulle specifiche relative alla qualità dei materiali, alla sicurezza e alle considerazioni ambientali. Questi standard fungono da punto di riferimento tra diversi paesi e aiutano a creare un terreno comune per imballaggi sicuri.

D’altro canto, gli standard nazionali tendono ad affrontare specifiche limitazioni normative e problemi di sicurezza peculiari di un Paese. Questi standard potrebbero essere più rigorosi o dettagliati in alcuni aspetti rispetto agli standard internazionali per garantire la conformità con le politiche e le pratiche locali.

Considerazioni sulla sicurezza e sull'ambiente

Le pratiche ambientali incidono notevolmente nel processo di conformità. Siete tenuti a garantire che i vostri imballaggi in vetro aderiscano a processi di produzione e smaltimento sicuri per l'ambiente. Le limitazioni normative possono estendersi anche all'impatto ambientale dei materiali utilizzati e del processo di produzione dei contenitori di vetro. 

In sintesi, test rigorosi sono essenziali per garantire la sicurezza e l'integrità dei contenitori di vetro utilizzati per prodotti alimentari e bevande. I test descritti valutano attributi chiave come resistenza, durata e capacità di tenuta ermetica che sono fondamentali per prevenire rotture durante la produzione, il trasporto e l'utilizzo. Aderendo agli standard ed effettuando valutazioni periodiche, i produttori possono avere la certezza che i loro imballaggi in vetro proteggeranno il contenuto e funzioneranno come previsto. Con l’emergere di nuovi design e materiali di contenitori, i test continueranno a svolgere un ruolo importante nel controllo di qualità e nel mantenimento della fiducia dei consumatori nel settore degli imballaggi in vetro. L’adattamento dei metodi di prova alle innovazioni aiuta a sostenere la crescita sostenibile dando priorità alla sicurezza.