Тест стеклянной тары: контроль качества упаковочного материала

Когда дело доходит до хранения продуктов питания, напитков или фармацевтических продуктов, стеклянные контейнеры являются популярным выбором из-за их прозрачности, химической инертности и общей безопасности. Вы можете оценить стекло за его эстетическую привлекательность или за то, как оно сохраняет целостность содержимого, не придавая привкуса и вредных химикатов. Однако дело не только во внешнем виде или вкусе; качество и долговечность стеклянной тары имеют решающее значение, особенно когда она используется для хранения фармацевтической продукции. Именно здесь в игру вступают специальные тесты стеклянной тары, гарантирующие, что каждая банка, бутылка или флакон соответствует строгим стандартам еще до того, как они попадут в ваши руки.

Тестирование стеклянной тары включает в себя ряд процедур для оценки ее пригодности и устойчивости к нагрузкам, с которыми они могут столкнуться в течение своего срока службы. В этой статье будут обсуждаться различные тесты, которые обычно проводятся со стеклянной тарой на разных стадиях.

Типы и использование стеклянной тары

Стеклянные контейнеры бывают разных форм, включая бутылки и банки, и все они разработаны с учетом конкретного применения. Ваш выбор может варьироваться от маленьких флаконов для фармацевтических препаратов до больших бутылок с водой. 

Для упаковки используется несколько типов стекла, которые имеют разные свойства и применение. Основные типы:

• Боросиликатное стекло типа I: обладает высокой термостойкостью и химической стойкостью. Используется для фармацевтической упаковки и лабораторной посуды.
• Натриево-известковое стекло, обработанное типом II: стекло типа II обрабатывается серой для повышения химической стойкости. Используется для парентеральных и непарентеральных фармацевтических препаратов.
• Обычное натриево-известковое стекло типа III: Самый распространенный и недорогой тип стекла. Используется для пищевых продуктов, напитков, косметики и твердых фармацевтических препаратов для перорального применения.
• Янтарное стекло: тонированное натриево-кальциевое стекло, защищающее содержимое от ультрафиолета. Используется для светочувствительных продуктов, таких как пиво или лекарства.
• Свинцовый хрусталь: содержит оксид свинца, используемый в декоративных целях для флаконов для духов и некоторых спиртных напитков.

Методы и процедуры тестирования

В мире производства стеклянной тары тестирование и контроль качества имеют первостепенное значение. Эти испытания основаны на точных стандартах, обеспечивающих безопасность и производительность.

Понимание ASTM C147 и метода испытаний A/B

ASTM C147 предоставляет стандартные методы испытаний для определения прочности внутреннего давления стеклянных бутылок, флаконов, ампул и других емкостей. Он предполагает постепенное увеличение внутреннего гидравлического или пневматического давления до тех пор, пока контейнер не выйдет из строя.

Что касается ASTM, описаны два метода испытаний: метод A применяет заранее установленный уровень давления, тогда как метод B увеличивает давление с постоянной скоростью до тех пор, пока не произойдет разрыв. Максимальное выдерживаемое давление отмечается как давление разрушения.

• Метод испытания А: В этом испытании образец стекла подвергается воздействию разбавленного раствора кислоты, а количество растворенного стекла измеряется в единицах СИ, что указывает на долговечность материала и устойчивость к кислому содержанию.
• Метод испытаний B: Он предполагает использование буферного раствора для поддержания определенного pH, при этом характеристики стекла оцениваются в строго контролируемых условиях, что подчеркивает его устойчивость к химическому воздействию.

Измеренное давление разрушения сравнивается с указанными пределами, основанными на размерах контейнера, вместимости и конечном использовании. Ключевыми аспектами, которые оцениваются, являются устойчивость к давлению и тип разрушения, чтобы обеспечить достаточный запас прочности.

На результаты влияют такие факторы, как толщина стекла, дефекты, термическая история и скорость нагрузки. Испытание подтверждает способность контейнера выдерживать внутреннее давление во время обработки, срока хранения и транспортировки без риска фрагментации.

 Тест на растворимость 

Тест на растворимость — это важная аналитическая процедура, выполняемая со стеклом для определения его химической стойкости и устойчивости к выщелачиванию щелочью при контакте с водой или водными растворами.

В этом тесте кусок стекла погружают в дистиллированную воду или разбавленную кислоту, а затем оценивают раствор, чтобы определить количество стекла, растворившегося в жидкости.

Целью испытания является определение гидролитической стойкости и химической стабильности стеклянного материала в экстремальных условиях. Результаты служат проверкой контроля качества для обеспечения соответствия спецификациям и пригодности для предполагаемого фармацевтического или другого применения.

Ключевые факторы, влияющие на результат испытания, включают состав стекла, термическую историю, состояние поверхности и параметры испытания, такие как температура, продолжительность и объем воды. Допустимые пределы варьируются в зависимости от типа стекла согласно фармакопейным статьям.

Испытание на устойчивость к тепловому удару

Испытание на устойчивость к термическому удару определяет способность материалов и компонентов выдерживать внезапные экстремальные изменения температуры без растрескивания, разрушения или физического повреждения.

В этом методе испытаний испытуемые образцы подвергаются быстрым тепловым переходам, таким как немедленный переход между горячей и холодной средой или резкие изменения температуры в окружающей среде.

Типичные экстремальные температуры варьируются от -70°C до +150°C.

Ключевыми аспектами оценки являются структурная целостность после воздействия термического удара, отсутствие трещин/переломов и сохранение функциональных характеристик. Целью испытания является имитация реальных колебаний температуры, наблюдаемых на практике из-за таких факторов, как быстрые изменения погоды, запуск/выключение оборудования или эксплуатационные тепловые циклы.

Испытание на вертикальную нагрузку:

Испытание на вертикальную нагрузку, также известное как испытание на осевую нагрузку, является ключевым испытанием контроля качества, проводимым для определения механической прочности и способности стеклянных контейнеров противостоять вертикальным силам во время транспортировки и хранения.

В этом испытании контейнеры подвергаются постепенно возрастающей сжимающей нагрузке, приложенной вертикально через плоские пластины, до тех пор, пока не произойдет разрушение. Отмечается уровень нагрузки, вызывающий отказ, для сравнения с указанными пределами. Испытание также может проводиться с предварительно установленным уровнем нагрузки для оценки соответствия/неудовлетворения.

Ключевые оцениваемые аспекты — это максимальная нагрузка, выдерживаемая до разрушения, или приемлемая степень деформации. Испытание имитирует стрессовые условия, встречающиеся на практике, и проверяет достаточный запас прочности и соответствие нормам безопасности.
На результат испытания влияют такие факторы, как толщина стекла, емкость, геометрия, дефекты и скорость приложения вертикальной силы. Характеристики минимальной прочности различаются в зависимости от типа контейнера и предполагаемого применения.

Испытание на прочность внутренним давлением

Испытание на прочность внутренним давлением определяет способность стеклянных бутылок и банок противостоять разрушению при воздействии ожидаемого внутреннего давления во время обработки и срока хранения.

В этом методе испытаний в соответствии с ASTM C147 стеклянные контейнеры надежно запечатываются и постепенно подвергаются внутреннему давлению либо с постоянной скоростью (Метод B), либо выдерживаются на заранее установленном уровне давления (Метод A) до тех пор, пока не произойдет разрыв. Уровень давления, вызвавший отказ, фиксируется.

Ключевые оцениваемые аспекты — максимальное выдерживаемое давление на внутреннюю поверхность и характер разрушения. Измеренное давление разрыва сравнивается с указанными пределами, основанными на размерах контейнера, его вместимости и ожидаемом давлении продукта. Испытание имитирует реалистичные условия давления, которые упакованные продукты питания, напитки, косметика и фармацевтические препараты могут оказывать с течением времени из-за таких факторов, как выделение газа, изменения температуры и т. д. Оно служит важной проверкой контроля качества перед запечатыванием и распространением контейнера. 

На прочность при сжатии влияют толщина стекла, дефекты, состав, термическая история и скорость нагрузки. Повышенные запасы безопасности предотвращают взрывы и опасность фрагментации. 

Испытание на проницаемость водяного пара

Испытание на проницаемость водяного пара используется для измерения скорости и количества водяного пара, который может пройти через материал с течением времени. Это указывает на то, насколько воздухопроницаемый материал.

В этом методе испытаний круглый образец надежно закрепляется над открытым испытательным сосудом, содержащим влагопоглотитель или воду. Сосуд помещают в контролируемую атмосферу с заданной влажностью и температурой. Воздух циркулирует по поверхности образца с заданной скоростью.

В течение измеренного периода масса водяного пара, проникающего через образец в сосуд, определяется количественно путем периодических взвешиваний. Это позволяет рассчитать скорость прохождения водяного пара и проницаемость испытуемого материала.

Ключевые контролируемые параметры включают температуру воздуха, уровень относительной влажности на каждой стороне образца и скорость циркуляции воздуха. Результат проницаемости может значительно варьироваться в зависимости от условий испытаний.

Тест применяется, в частности, для оценки материалов, используемых для изготовления упаковки, одежды, обуви, перчаток и защитного снаряжения. Это указывает на способность материалов рассеивать через себя пот и пары влаги.

Тест на фрагментацию

Испытание на фрагментацию стекла — это испытание по контролю качества, проводимое на закаленном или термически упрочненном стекле с целью определения уровня остаточного напряжения и безопасности стекла. В ходе этого разрушающего испытания образец закаленного стекла разбивается и анализируются полученные фрагменты стекла. Ключевые оцениваемые аспекты — это количество фрагментов, подсчитанных на испытательной территории, распределение фрагментов по размерам и характер фрагментации.

Такие стандарты, как EN 12150-1, определяют требования к минимальному количеству фрагментов в зависимости от толщины стекла для классификации безопасного стекла. Более высокое количество фрагментов указывает на большее остаточное сжимающее напряжение на поверхности стекла, что приводит к повышению безопасности за счет более высокой степени фрагментации.

Испытание представляет собой практичное и надежное средство обеспечения надлежащего отпуска, измерения остаточного сжатия поверхности и соответствия нормам безопасности. Однако это требует разбивания образцов стекла и подсчета фрагментов вручную, что утомительно. Новые методы цифрового анализа автоматизируют процесс количественного анализа для повышения эффективности.

Специальное тестирование контейнеров для пищевых продуктов и напитков

Когда дело доходит до контейнеров для пищевых продуктов и напитков, специальные испытания проводятся специально для решения проблем, уникальных для этих областей применения. Стеклянные контейнеры для хранения пищевых продуктов должны пройти строгие испытания, чтобы гарантировать, что они не загрязняют пищу и не изменяют ее вкус. Они могут включать сенсорную оценку и проверку целостности пломб.

• Тест спектральной передачи:

Тестирование спектрального пропускания измеряет количество света, проходящего через стекло на разных длинах волн в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах.

Он предполагает использование спектрофотометра для количественной оценки процента пропускания стекла или коэффициента пропускания в диапазоне 290–450 нм для фармацевтических контейнеров и в диапазоне 250–1800 нм для других стеклянных изделий. 

Ключевые оцениваемые аспекты — влияние состава, толщины, дефектов и кривизны стекла на коэффициент пропускания. Тест направлен на обеспечение адекватной блокировки УФ-излучения для защиты продукта, соответствующей видимости и соответствия отраслевым спецификациям.

Передовые методы тестирования

Для обеспечения безопасности и качества стеклянной тары решающее значение имеют передовые методы тестирования. Эти методы помогут вам определить долговечность и устойчивость стекла к различным нагрузкам, гарантируя, что оно пройдет критические испытания на безопасность.

Гидролитическая стойкость автоклавными методами

Когда вы проверяете гидролитическую устойчивость, автоклавные методы являются неотъемлемой частью. Эти методы включают воздействие на стекло пара под давлением, имитируя условия ускоренного старения. При тестировании могут использоваться такие процедуры, как метод испытаний BA (также известный как метод испытаний в автоклаве A), который помогает оценить стойкость стекла при воздействии на него агрессивной влажной среды при повышенных температурах.

• Гидролитическое испытание в автоклаве: образец стекла измельчают в порошок, затем подвергают воздействию пара в автоклаве. Долговечность стекла оценивают путем измерения количества выделяемой щелочи.

Кроме того, существуют методы испытаний BW и Методы испытаний PW, оба из которых учитывают потерю веса образца стекла после прохождения процесса автоклавирования. Данные, полученные в результате этих испытаний, необходимы вам как производителю стекла для оценки эффективности стеклянной тары в условиях, имитирующих фактическое использование.

Анализ неудач и производительности в условиях стресса

Анализ причин выхода стекла из строя и измерение его характеристик в условиях стресса — это тесты, предназначенные для вашей долгосрочной выгоды. Эти прогрессивные тесты помогут вам выявить основные проблемы, которые могут привести к сбою продукта.

• Анализ неисправности: методический подход, при котором стекло осматривается после выхода из строя для выявления причины. Используются такие методы, как анализ трещин и осмотр поверхности. Эти данные имеют неоценимое значение для предотвращения будущих сбоев.
• Испытание на долговечность: оценивается, насколько хорошо стеклянные контейнеры выдерживают механические нагрузки. Контейнеры подвергаются воздействию условий, имитирующих реальную обработку и использование, чтобы оценить их прочность и долговечность. Это испытание помогает гарантировать, что стеклянные контейнеры без сбоев выдержат испытание при повседневном использовании.

Тестирование фармацевтической упаковки

Испытание порошкового стекла

Испытание порошкового стекла — это тест контроля качества, проводимый на стеклянных контейнерах, используемых в фармацевтической упаковке, для оценки количества щелочи, которая может вымываться с поверхности стекла в экстремальных условиях. Он включает в себя следующие ключевые этапы:

• Стеклянные контейнеры измельчаются в мелкий порошок для увеличения площади поверхности, подвергающейся воздействию условий испытаний.
• Образец стеклянного порошка тщательно промывают для удаления прилипших мелких частиц.
• Затем образец нагревают в воде при температуре 121°С в автоклаве в течение 30 минут. Такая температура ускоряет процесс выщелачивания.
• Затем раствор титруют серной кислотой с использованием индикатора метилового красного для определения количества выщелоченной щелочи.

Испытание позволяет определить гидролитическую стойкость и химическую стойкость стеклянной тары. Допустимые пределы устанавливаются в соответствии с фармакопейными условиями в зависимости от типа стекла. Большее количество выщелоченной щелочи указывает на меньшую стойкость и повышенный риск взаимодействия продуктов.

Тест на водную атаку

Испытание на воздействие воды используется для определения того, может ли стеклянная тара, устойчивая к щелочам, быть предназначена для фармацевтического использования, особенно тех, которые обработаны диоксидом серы.

В этом тесте целые стеклянные контейнеры погружаются на 30 минут вместе с водой в автоклав при температуре 121°C. В таких суровых условиях щелочь с поверхности стекла вымывается в воду.

Затем тестируемый раствор титруют стандартизованным раствором кислоты для количественного определения количества выделившейся щелочи (обычно ионов натрия). Затем рассчитывают выщелачивание щелочи и сравнивают его с допустимым фармакопейным пределом в зависимости от типа стекла.

Это испытание дает преувеличенные данные о гидролитической стойкости и химической стойкости стеклянной тары. Более высокое количество утечки щелочи указывает на меньшую устойчивость к щелочам и повышенный риск взаимодействия продукта между стеклом и содержимым фармацевтического препарата в течение срока годности.

Физическое тестирование и тестирование производительности

При рассмотрении вопроса о надежности и безопасности стеклянной тары основополагающее значение имеют физические и эксплуатационные испытания. Вам следует сосредоточиться на том, насколько хорошо контейнеры выдерживают давление и обеспечить соответствие их герметизирующих свойств стандартам.

Проверка устойчивости к давлению и нагрузке

Испытание на прочность внутреннего давления имеет решающее значение для определения того, смогут ли ваши стеклянные контейнеры выдержать давление, с которым они столкнутся, особенно если они предназначены для газированных напитков или другого содержимого под давлением. Можно использовать прогрессивный метод испытаний, при котором давление на контейнер постепенно увеличивается до тех пор, пока оно не достигнет точки разрушения. Для получения точных и воспроизводимых результатов крайне важно, чтобы используемое оборудование было хорошо откалибровано и регулярно обслуживалось.

• Методы испытаний: Обычные испытания включают испытание на разрыв и испытание под давлением, в ходе которых оценивают стекло, чтобы убедиться, что оно достаточно прочное, чтобы избежать поломок при нормальном использовании, и способно выдерживать резкие изменения давления.
• Размер образца: каждый протестированный контейнер должен представлять собой репрезентативный образец вашего производственного цикла, чтобы обеспечить единообразие.

Оценка герметизирующих свойств контейнера

Вы также должны проверить герметичность ваших контейнеров, чтобы убедиться, что они герметичны и герметичны. Это включает в себя тестирование контейнера с его предполагаемым закрытием в условиях, с которыми он может столкнуться в течение своего жизненного цикла, например, при хранении в холодильнике или нагревании в микроволновой печи. Крышку контейнера или механизм закрытия следует неоднократно проверять, чтобы убедиться, что уплотнение остается неповрежденным и функциональным.

Проверка герметичности и герметичности

Проверка целостности герметичности и герметичности стеклянных контейнеров жизненно важна для обеспечения герметичности закрытия и предотвращения микробного загрязнения стерильных медицинских изделий. Общие методы испытаний включают затухание вакуума, выделение пузырьков и испытания на проникновение красителя. Контейнеры наполняют раствором, герметизируют и проверяют на наличие каких-либо утечек, определяемых потерей раствора с течением времени, пузырьками газа или попаданием раствора внешнего красителя.

Соответствие нормативным требованиям и стандартам

Сравнение международных и национальных стандартов

Изучая правила, вы столкнетесь как с международными, так и с национальными стандартами. Международные стандарты, подобные тем, которые установлены ASTM (Американским обществом по испытаниям и материалам), обеспечивают консенсус в отношении спецификаций, касающихся качества материалов, безопасности и экологических соображений. Эти стандарты служат эталоном для разных стран и помогают создать общую основу для безопасной упаковки.

С другой стороны, национальные стандарты, как правило, направлены на устранение конкретных нормативных ограничений и проблем безопасности, характерных для конкретной страны. Эти стандарты могут быть более строгими или подробными в определенных аспектах по сравнению с международными стандартами, чтобы обеспечить соответствие местной политике и практике.

Соображения безопасности и защиты окружающей среды

Экологическая практика имеет большое значение в процессе соблюдения требований. Вы обязаны убедиться, что ваша стеклянная тара соответствует экологически безопасным процессам производства и утилизации. Нормативные ограничения могут также распространяться на воздействие используемых материалов и процесса производства стеклянной тары на окружающую среду. 

Таким образом, строгие испытания необходимы для обеспечения безопасности и целостности стеклянной тары, используемой для пищевых продуктов и напитков. Описанные испытания оценивают ключевые характеристики, такие как прочность, долговечность и способность к герметизации, которые имеют решающее значение для предотвращения поломки во время производства, транспортировки и использования. Соблюдая стандарты и проводя регулярные оценки, производители могут быть уверены, что их стеклянная упаковка защитит содержимое и будет работать так, как задумано. По мере появления новых конструкций контейнеров и материалов тестирование будет продолжать играть важную роль в контроле качества и поддержании доверия потребителей к отрасли стеклянной упаковки. Адаптация методов испытаний к инновациям помогает поддерживать устойчивый рост, уделяя при этом приоритетное внимание безопасности.