Test pojemników szklanych: kontrola jakości materiału opakowaniowego

Jeśli chodzi o przechowywanie żywności, napojów lub produktów farmaceutycznych, pojemniki szklane są popularnym wyborem ze względu na ich przejrzystość, obojętność chemiczną i ogólne bezpieczeństwo. Możesz docenić szkło ze względu na jego estetykę lub sposób, w jaki utrzymuje integralność zawartości, nie nadając mu smaku ani szkodliwych substancji chemicznych. Jednak nie chodzi tylko o wygląd i smak; jakość i trwałość pojemników szklanych mają kluczowe znaczenie, zwłaszcza gdy są one używane do przechowywania produktów farmaceutycznych. W tym miejscu w grę wchodzą specjalne testy pojemników szklanych, zapewniające, że każdy słoik, butelka lub fiolka spełnia rygorystyczne standardy, zanim trafi w Twoje ręce.

Testowanie pojemników szklanych obejmuje szereg procedur mających na celu ocenę ich przydatności i odporności na naprężenia, którym będą poddawane w trakcie ich użytkowania. W tym artykule omówiono różne testy, które są powszechnie przeprowadzane na pojemnikach szklanych na różnych etapach.

Rodzaje i zastosowania pojemników szklanych

Pojemniki szklane występują w wielu postaciach, w tym w butelkach i słoikach, wszystkie zaprojektowane z myślą o konkretnym zastosowaniu. Twój wybór może obejmować małe fiolki na farmaceutyki lub duże butelki na wodę. 

Do opakowań wykorzystuje się kilka rodzajów szkła, które mają różne właściwości i zastosowanie. Główne typy to:

• Szkło borokrzemowe typu I: Ma wysoką odporność na ciepło i trwałość chemiczną. Stosowany do opakowań farmaceutycznych i szkła laboratoryjnego.
• Szkło sodowo-wapniowe poddane obróbce typu II: Szkło typu II poddawane jest działaniu siarki w celu zwiększenia odporności chemicznej. Stosowany do produktów farmaceutycznych do podawania pozajelitowego i pozajelitowego.
• Zwykłe szkło sodowo-wapniowe typu III: Najpopularniejszy i najtańszy rodzaj szkła. Stosowany do żywności, napojów, kosmetyków i stałych doustnych środków farmaceutycznych.
• Szkło bursztynowe: Przyciemniane szkło sodowo-wapniowe, które chroni zawartość przed promieniowaniem UV. Stosowany do produktów wrażliwych na światło, takich jak piwo lub leki.
• Szkło kryształowe ołowiowe: Zawiera tlenek ołowiu, używany dekoracyjnie do butelek perfum i niektórych alkoholi.

Metody i procedury testowania

W świecie produkcji opakowań szklanych najważniejsze są testowanie i kontrola jakości. Precyzyjne standardy kierują tymi testami, aby zapewnić bezpieczeństwo i wydajność.

Zrozumienie ASTM C147 i metody testowej A/B

ASTM C147 zapewnia standardowe metody badań w celu określenia wytrzymałości na ciśnienie wewnętrzne szklanych butelek, fiolek, ampułek i innych pojemników. Polega na stopniowym zwiększaniu wewnętrznego ciśnienia hydraulicznego lub pneumatycznego, aż do awarii zbiornika.

W ASTM opisano dwie metody testowania – metoda A stosuje wstępnie ustawiony poziom ciśnienia, podczas gdy metoda B zwiększa ciśnienie ze stałą szybkością, aż do wystąpienia rozerwania. Maksymalne wytrzymywane ciśnienie jest określane jako ciśnienie niszczące.

• Metoda badania A: W tym teście próbkę szkła poddaje się działaniu rozcieńczonego roztworu kwasu, a ilość rozpuszczonego szkła mierzy się za pomocą jednostek SI, co wskazuje trwałość materiału i odporność na zawartość kwasów.
• Metoda badawcza B: Polega na użyciu roztworu buforowego w celu utrzymania określonego pH, podczas którego ocenia się działanie szkła w ściśle kontrolowanych warunkach, podkreślając jego odporność na działanie czynników chemicznych.

Zmierzone ciśnienie awaryjne porównuje się z określonymi limitami w oparciu o wymiary pojemnika, pojemność i przeznaczenie końcowe. Kluczowe oceniane aspekty to odporność na ciśnienie i sposób pękania, aby zapewnić odpowiednie marginesy bezpieczeństwa.

Na wyniki mają wpływ takie czynniki, jak grubość szkła, defekty, historia termiczna i szybkość ładowania. Test sprawdza zdolność pojemnika do wytrzymania ciśnienia wewnętrznego podczas przetwarzania, okresu przydatności do spożycia i transportu bez ryzyka fragmentacji.

 Test rozpuszczalności 

Badanie rozpuszczalności jest ważną procedurą analityczną przeprowadzaną na szkle w celu określenia jego trwałości chemicznej i odporności na wymywanie alkaliami w kontakcie z wodą lub roztworami wodnymi.

W tym teście kawałek szkła zanurza się w wodzie destylowanej lub rozcieńczonym kwasie, a następnie ocenia się roztwór w celu określenia ilości szkła, które rozpuściło się w cieczy.

Celem testu jest określenie odporności hydrolitycznej i stabilności chemicznej materiału szklanego w ekstremalnych warunkach. Wyniki służą jako kontrola jakości w celu zapewnienia zgodności ze specyfikacjami i przydatności do zamierzonego zastosowania farmaceutycznego lub innego.

Kluczowe czynniki wpływające na wynik testu obejmują skład szkła, historię termiczną, stan powierzchni i parametry testu, takie jak temperatura, czas trwania i objętość wody. Dopuszczalne limity różnią się w zależności od rodzaju szkła zgodnie z monografiami farmakopei.

Testowanie odporności na szok termiczny

Badanie odporności na szok termiczny określa zdolność materiałów i komponentów do wytrzymywania nagłych, ekstremalnych zmian temperatury bez pękania, pękania lub uszkodzeń fizycznych.

W tej metodzie badania próbki poddawane są szybkim przemianom cieplnym, takim jak natychmiastowe przejścia między gorącym i zimnym środowiskiem lub nagłe zmiany temperatury w otaczającym ośrodku.

Typowe ekstremalne temperatury mieszczą się w zakresie od -70°C do +150°C.

Kluczowymi ocenianymi aspektami są integralność strukturalna po ekspozycji na szok termiczny, brak pęknięć/pęknięć oraz utrzymanie parametrów funkcjonalnych. Test ma na celu symulację rzeczywistych wahań temperatury obserwowanych w praktyce ze względu na takie czynniki, jak szybkie zmiany pogody, uruchamianie/wyłączanie sprzętu lub operacyjne cykle termiczne.

Test obciążenia pionowego:

Test obciążenia pionowego, znany również jako test obciążenia osiowego, jest kluczowym testem kontroli jakości przeprowadzanym w celu określenia wytrzymałości mechanicznej i zdolności pojemników szklanych do przeciwstawienia się siłom pionowym podczas przenoszenia i przechowywania.

W tym badaniu kontenery poddaje się stopniowo rosnącemu obciążeniu ściskającemu, przykładanemu pionowo przez płaskie płyty, aż do wystąpienia uszkodzenia. Poziom obciążenia powodujący awarię jest rejestrowany w celu porównania z określonymi limitami. Test można również przeprowadzić przy wcześniej ustawionym poziomie obciążenia w celu oceny wyniku pozytywnego/negatywnego.

Kluczowe oceniane aspekty to maksymalne obciążenie wytrzymywane przed pęknięciem lub akceptowalny stopień odkształcenia. Test symuluje warunki naprężeniowe spotykane w praktyce i sprawdza wystarczające zapasy wytrzymałości oraz zgodność z przepisami bezpieczeństwa.
Na wynik testu wpływają takie czynniki, jak grubość szkła, pojemność, geometria, defekty i szybkość przyłożenia siły pionowej. Specyfikacje dotyczące minimalnej wytrzymałości różnią się w zależności od rodzaju pojemnika i zamierzonego zastosowania.

Test wytrzymałości na ciśnienie wewnętrzne

Badanie wytrzymałości na ciśnienie wewnętrzne określa odporność szklanych butelek i słoików na pękanie pod wpływem oczekiwanego ciśnienia wewnętrznego podczas przetwarzania i okresu przydatności do spożycia.

W tej metodzie badawczej zgodnie z ASTM C147 pojemniki szklane są bezpiecznie zamykane i stopniowo zwiększane wewnętrznie ciśnienie albo ze stałą szybkością (metoda B), albo utrzymywane na ustalonym poziomie ciśnienia (metoda A) aż do wystąpienia rozerwania. Rejestrowany jest poziom ciśnienia powodujący awarię.

Kluczowymi ocenianymi aspektami są maksymalne wytrzymywane ciśnienie powierzchni wewnętrznej i sposób pękania. Zmierzone ciśnienie rozrywające porównuje się z określonymi limitami na podstawie wymiarów pojemnika, pojemności i oczekiwanego ciśnienia produktu. Test symuluje realistyczne warunki ciśnienia, jakie może z biegiem czasu wywierać pakowana żywność, napoje, kosmetyki i farmaceutyki ze względu na takie czynniki, jak uwalnianie się gazu, zmiany temperatury itp. Służy jako krytyczna kontrola jakości przed zamknięciem i dystrybucją pojemnika. 

Na wytrzymałość na ciśnienie wpływa grubość szkła, defekty, skład, historia termiczna i szybkość ładowania. Zwiększone marginesy bezpieczeństwa zapobiegają eksplozjom i zagrożeniom odłamkami. 

Badanie przepuszczalności pary wodnej

Test przepuszczalności pary wodnej służy do pomiaru szybkości i ilości pary wodnej, która może przejść przez materiał w czasie. Wskazuje, jak oddychający jest materiał.

W tej metodzie badawczej okrągłą próbkę mocuje się bezpiecznie nad otwartym naczyniem badawczym zawierającym środek osuszający lub wodę. Naczynie umieszcza się w kontrolowanej atmosferze o ustalonej wilgotności i temperaturze. Powietrze krąży po powierzchni próbki z określoną prędkością.

W zmierzonym czasie masę pary wodnej, która przenika przez próbkę do naczynia, określa się ilościowo za pomocą okresowych ważeń. Pozwala to na obliczenie współczynnika przepuszczalności pary wodnej i przepuszczalności badanego materiału.

Kluczowe parametry, które są kontrolowane, obejmują temperaturę powietrza, poziom wilgotności względnej po każdej stronie próbki oraz szybkość cyrkulacji powietrza. Wynik przepuszczalności może się znacznie różnić w zależności od warunków testowych.

Badanie ma zastosowanie m.in. w ocenie materiałów stosowanych do produkcji opakowań, odzieży, obuwia, rękawic i sprzętu ochronnego. Wskazuje zdolność materiałów do odprowadzania przez nie potu i pary wodnej.

Próba fragmentacji

Test fragmentacji szkła to test kontroli jakości przeprowadzany na szkle hartowanym lub wzmacnianym termicznie w celu określenia poziomu naprężeń szczątkowych i bezpieczeństwa szkła. W tym teście niszczącym próbka szkła hartowanego jest rozbijana i analizowane są powstałe fragmenty szkła. Kluczowe oceniane aspekty to liczba fragmentów zliczonych w obszarze testowym, rozkład wielkości fragmentów i wzór fragmentacji.

Normy takie jak EN 12150-1 definiują minimalne wymagania dotyczące liczby fragmentów w oparciu o grubość szkła w celu klasyfikacji szkła bezpiecznego. Większa liczba fragmentów wskazuje na większe szczątkowe naprężenia ściskające na powierzchni szkła, co skutkuje większym bezpieczeństwem poprzez wyższy stopień fragmentacji.

Test zapewnia praktyczny i niezawodny sposób zapewnienia prawidłowego odpuszczania, pomiaru resztkowego ściskania powierzchni i spełnienia przepisów bezpieczeństwa. Wymaga to jednak rozbijania próbek szkła i ręcznego liczenia fragmentów, co jest żmudne. Pojawiające się techniki analizy cyfrowej automatyzują proces kwantyfikacji w celu poprawy wydajności.

Specyficzne testy pojemników na żywność i napoje

Jeśli chodzi o pojemniki na żywność i napoje, specjalne testy są dostosowane do problemów charakterystycznych dla tych zastosowań. Szklane pojemniki do przechowywania żywności muszą przejść rygorystyczne testy, aby mieć pewność, że nie zanieczyszczą żywności ani nie zmienią jej smaku. Mogą one obejmować ocenę sensoryczną i kontrolę integralności plomby.

• Test transmisji widmowej:

Testy transmisji widmowej mierzą ilość światła przepuszczanego przez szkło przy różnych długościach fal w obszarach ultrafioletu, światła widzialnego i podczerwieni.

Polega na użyciu spektrofotometru do ilościowego określenia procentu przepuszczalności szkła lub transmitancji w zakresie 290–450 nm dla pojemników farmaceutycznych i 250–1800 nm dla innych produktów szklanych. 

Kluczowe oceniane aspekty to wpływ składu, grubości, defektów i krzywizny szkła na przepuszczalność. Celem testu jest zapewnienie odpowiedniego blokowania promieni UV w celu ochrony produktu, odpowiedniej widoczności i zgodności ze specyfikacjami branżowymi.

Zaawansowane techniki testowania

Aby zapewnić bezpieczeństwo i jakość opakowań szklanych, kluczowe znaczenie mają zaawansowane techniki testowania. Techniki te pomagają określić trwałość i odporność szkła na różne naprężenia, zapewniając, że przejdzie ono krytyczne testy bezpieczeństwa.

Odporność hydrolityczna metodą autoklawową

Podczas testowania odporności hydrolitycznej integralną częścią są metody autoklawowe. Metody te obejmują wystawienie szkła na działanie pary pod ciśnieniem, symulując warunki przyspieszonego starzenia. Testowanie może przebiegać zgodnie z procedurami, takimi jak metoda testowa BA (znana również jako metoda testowa A w autoklawie), która pomaga ocenić odporność szkła wystawionego na działanie agresywnego, wilgotnego środowiska w podwyższonych temperaturach.

• Test hydrolityczny w autoklawie: Próbkę szkła proszkuje się, a następnie poddaje działaniu pary w autoklawie. Trwałość szkła ocenia się mierząc ilość uwolnionych alkaliów.

Dodatkowo istnieje metoda badawcza BW i metoda badawcza PW, które uwzględniają utratę masy próbki szkła po przejściu procesu w autoklawie. Dane zebrane w wyniku tych testów są dla Ciebie, producenta szkła, niezbędne do oceny wydajności pojemników szklanych w warunkach imitujących rzeczywiste użytkowanie.

Analizowanie awarii i wydajności pod wpływem stresu

Analiza przyczyn awarii szkła i pomiar jego działania pod obciążeniem to testy zaprojektowane z myślą o długoterminowych korzyściach. Te progresywne testy pomagają zlokalizować podstawowe problemy, które mogą prowadzić do awarii produktu.

• Analiza awarii: podejście metodyczne, w ramach którego szkło jest sprawdzane po nieudanej identyfikacji przyczyny. Stosuje się takie techniki, jak analiza pęknięć i kontrola powierzchni. Dane te są bezcenne w zapobieganiu przyszłym awariom.
• Test trwałości: ocenia, jak dobrze pojemniki szklane wytrzymują naprężenia mechaniczne. Kontenery poddawane są warunkom naśladującym obsługę i użytkowanie w świecie rzeczywistym, aby ocenić ich wytrzymałość i trwałość. Dzięki temu badaniu mamy pewność, że opakowania szklane bezawaryjnie przejdą próbę codziennego użytkowania.

Testowanie opakowań farmaceutycznych

Test sproszkowanego szkła

Test szkła proszkowego to test kontroli jakości przeprowadzany na pojemnikach szklanych używanych do opakowań farmaceutycznych w celu oszacowania ilości zasad, które mogą wypłukać się z powierzchni szkła w ekstremalnych warunkach. Obejmuje następujące kluczowe etapy:

• Pojemniki szklane rozdrabnia się na drobny proszek, aby zwiększyć powierzchnię wystawioną na działanie warunków testowych.
• Próbkę sproszkowanego szkła dokładnie przemywa się w celu usunięcia przylegających drobnych cząstek.
• Próbkę następnie ogrzewano w wodzie o temperaturze 121°C w autoklawie przez 30 minut. Temperatura ta przyspiesza proces ługowania.
• Następnie roztwór miareczkuje się kwasem siarkowym za pomocą czerwieni metylowej, aby określić ilość wyługowanej zasady.

Badanie pozwala określić odporność hydrolityczną i trwałość chemiczną pojemnika szklanego. Dopuszczalne limity są ustalane zgodnie ze specyfikacjami farmakopealnymi w zależności od rodzaju szkła. Większa ilość wyługowanych zasad wskazuje na gorszą odporność i zwiększone ryzyko interakcji produktu.

Test ataku wodnego

Test ataku wody służy do określenia, czy odporność na alkalia pojemników szklanych może być przeznaczona do zastosowań farmaceutycznych, zwłaszcza tych traktowanych dwutlenkiem siarki.

W tym teście całe pojemniki szklane zanurza się na 30 minut wraz z wodą w autoklawie w temperaturze 121°C. W tych trudnych warunkach alkalia z powierzchni szkła przedostają się do wody.

Następnie roztwór testowy miareczkuje się standaryzowanym roztworem kwasu w celu ilościowego określenia ilości uwolnionych zasad (zwykle jonów sodu). Następnie oblicza się wymywanie zasad i porównuje je z dopuszczalnym limitem farmakopealnym w zależności od rodzaju szkła.

Test ten zapewnia przesadne wskazanie odporności hydrolitycznej i trwałości chemicznej pojemników szklanych. Większy wyciek alkaliów wskazuje na gorszą odporność na alkalia i zwiększone ryzyko interakcji produktu pomiędzy szkłem a zawartością farmaceutyczną w okresie trwałości.

Testy fizyczne i wydajnościowe

Rozważając niezawodność i bezpieczeństwo pojemników szklanych, podstawowe znaczenie mają testy fizyczne i wydajnościowe. Należy skupić się na tym, jak dobrze pojemniki wytrzymują ciśnienie i upewnić się, że ich właściwości uszczelniające odpowiadają standardom.

Badanie wytrzymałości na ciśnienie i obciążenie

Testowanie wytrzymałości na ciśnienie wewnętrzne ma kluczowe znaczenie w celu ustalenia, czy szklane pojemniki mogą wytrzymać występujące ciśnienia, zwłaszcza jeśli są przeznaczone do napojów gazowanych lub innej zawartości pod ciśnieniem. Można zastosować progresywną metodę badania, w której ciśnienie na pojemniku jest stopniowo zwiększane, aż osiągnie punkt uszkodzenia. Aby uzyskać dokładne i powtarzalne wyniki, ważne jest, aby używany sprzęt był dobrze skalibrowany i regularnie konserwowany.

• Metody testowania: Typowe testy obejmują próbę rozrywania i próbę ciśnieniową, podczas których ocenia się, czy szkło jest wystarczająco wytrzymałe, aby uniknąć pęknięć podczas normalnego użytkowania i czy wytrzyma nagłe zmiany ciśnienia.
• Wielkość próbki: Aby zapewnić spójność, każdy testowany pojemnik powinien być reprezentatywną próbką danej serii produkcyjnej.

Ocena właściwości uszczelnienia kontenera

Należy również sprawdzić właściwości uszczelniające pojemników, aby upewnić się, że są one szczelne i szczelne. Obejmuje to testowanie pojemnika z jego zamierzonym zamknięciem w warunkach, z jakimi może się on spotkać w trakcie jego cyklu życia, takich jak przechowywanie w lodówce lub podgrzewanie w kuchence mikrofalowej. Pokrywę pojemnika lub mechanizm zamykający należy wielokrotnie testować, aby upewnić się, że uszczelka pozostaje nienaruszona i sprawna.

Testowanie integralności uszczelnienia i szczelności

Integralność uszczelnienia i testowanie szczelności pojemników szklanych są niezbędne, aby zapewnić hermetyczne zamknięcie i zapobiec skażeniu mikrobiologicznemu sterylnych produktów zdrowotnych. Typowe metody badawcze obejmują zanik próżni, emisję pęcherzyków i testy wnikania barwnika. Pojemniki napełnia się roztworem, zamyka i sprawdza pod kątem ewentualnych wycieków, na co wskazuje utrata roztworu z upływem czasu, pęcherzyki gazu lub przedostanie się roztworu barwnika z zewnątrz.

Zgodność z przepisami i normami

Porównanie standardów międzynarodowych i krajowych

Poruszając się po przepisach, natkniesz się na standardy międzynarodowe i krajowe. Międzynarodowe standardy, takie jak te ustanowione przez ASTM (Amerykańskie Towarzystwo Badań i Materiałów), zapewniają konsensus w sprawie specyfikacji dotyczących jakości materiałów, bezpieczeństwa i względów środowiskowych. Normy te służą jako punkt odniesienia dla różnych krajów i pomagają w stworzeniu wspólnej płaszczyzny dla bezpiecznych opakowań.

Z drugiej strony normy krajowe zwykle odnoszą się do konkretnych ograniczeń regulacyjnych i problemów związanych z bezpieczeństwem, które są specyficzne dla danego kraju. Standardy te mogą być bardziej rygorystyczne lub szczegółowe w niektórych aspektach w porównaniu do standardów międzynarodowych, aby zapewnić zgodność z lokalnymi politykami i praktykami.

Względy bezpieczeństwa i ochrony środowiska

Praktyki środowiskowe mają duże znaczenie w procesie zapewniania zgodności. Masz obowiązek upewnić się, że Twoje opakowanie szklane spełnia bezpieczne dla środowiska procesy produkcji i utylizacji. Ograniczenia regulacyjne mogą również obejmować wpływ zastosowanych materiałów i procesu produkcji pojemników szklanych na środowisko. 

Podsumowując, rygorystyczne testy są niezbędne, aby zapewnić bezpieczeństwo i integralność pojemników szklanych używanych do produktów spożywczych i napojów. Opisane testy oceniają kluczowe atrybuty, takie jak wytrzymałość, trwałość i zdolność hermetycznego uszczelniania, które mają kluczowe znaczenie dla zapobiegania pęknięciom podczas produkcji, transportu i użytkowania. Przestrzegając norm i przeprowadzając regularne oceny, producenci mogą mieć pewność, że ich opakowania szklane będą chronić zawartość i działać zgodnie z przeznaczeniem. W miarę pojawiania się nowych projektów i materiałów pojemników testy będą nadal odgrywać ważną rolę w kontroli jakości i utrzymaniu zaufania konsumentów do branży opakowań szklanych. Dostosowanie metod testowych do innowacji pomaga wspierać zrównoważony rozwój, przy jednoczesnym priorytetowym traktowaniu bezpieczeństwa.