UDK 641.87:543.272.61
Izvirni znanstveni članek/Original scientific article
ISSN 1580-2949
MTAEC9, 42(6)277(2008)
RAZTAPLJANJE CO2 V EMBALIRANI VODI ALI BREZALKOHOLNI PIJAČI IN S TEM POVEZANE MOŽNE POŠKODBE
PROBLEMS ASSOCIATED WITH THE DISSOLUTION OF CO2 IN THE CASE OF BOTTLED WATER AND NON-ALCOHOLIC
BEVERAGES
Darko Drev1,2, Mitja Pecek1,2, Jože Panjan2
1Inštitut za vode Republike Slovenije, Univerza v Ljubljani, Hajdrihova 28c, 1000 Ljubljana, Slovenija 2Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova 2, 1000 Ljubljana, Slovenija
Prejem rokopisa — received: 2008-06-05; sprejem za objavo - accepted for publication: 2008-08-13
Pri vodi in brezalkoholni pijači, ki ima raztopljen ogljikov dioksid, lahko nastane pri odpiranju plastenke ali steklenice poškodba. Ta poškodba je lahko posledica izmeta zamaška in pijače v obraz, pa tudi eksplozije steklenice. To se lahko zgodi, če je v vodi prevelik tlak raztopljenega CO2 in je tudi zamašek pokvarjen. Eksplozija steklenice lahko nastane pri nekvalitetnem materialu. Pravilno izdelan zamašek bi moral med odpiranjem v steklenici postopno zmanjševati tlak. Če se to ne zgodi in je v plastenki velik tlak CO2, lahko pride do izmeta zamaška v obraz ter tudi burnega iztoka tekočine iz plastenke. Takšni primeri niso samo teoretični, temveč se dogajajo tudi v praksi. Eksplozija steklenice nastane predvsem takrat, kadar so v steklu prekomerne napetosti kot posledica nehomogenosti materiala in neustrezne izdelave.
Ključne besede: brezalkoholne pijače, ogljikov dioksid, CO2, plastenke, tlak, poškodbe
In the case of bottled water or bottled non-alcoholic beverages that contain dissolved carbon dioxide, opening the (glass or plastic) bottle can prove dangerous to the person opening it. Unscrewing the bottle cap can cause the cap or the contained liquid to be ejected away from the bottle with sufficiently high speed to cause physical harm to a person, or the entire bottle can explode. A properly functioning cap reduces bottle pressure slowly and continuously during the bottle opening process. The ejection of the cap and contained liquid is caused by exceedingly high pressure in the bottle, while both the ejection effect or the explosion of the bottle is caused by a malfunction of the bottle cap due to insufficient homogeneity of the materials used or inadequate processes applied in the production of the cap.
Key words: non-alcoholic beverages, carbon dioxide, CO2, plastic bottle, problems
1 UVOD
Pri izbiri materiala za embaliranje vode in brezalkoholnih pijač niso pomembne samo tiste njegove lastnosti, ki zagotavljajo higiensko neoporečnost, temveč tudi druge lastnosti, kot so na primer: možnost enostavne manipulacije, nizka cena, možnost reciklaže itd. [Spellman, 1999], [Havelaer, 2003]. Glede higienske neoporečnosti lahko prištevamo steklo med kemijsko in fizikalno najprimernejše materiale za embaliranje pijač. Glavna pomanjkljivost steklene embalaže je lomljivost in s tem povezane težave pri transportu in ravnanju z njo [Nölle,1997]. V zadnjih dvajsetih letih se zato embalira vedno več vode in brezalkoholnih pijač v plastenke [Drev, 2005]. Med polimernimi materiali se za najmanjše plastenke največ uporablja od 250 ml do 2,5 l polietilentereftalat (PET), pri večjih posodah pa tudi polietilen (PE), polivinilklorid (PVC), polistiren (PS), polipropilen (PP) itd. Razlog za to je enostavno delo in nizka cena embalaže. Pri embalirani vodi in brezalkoholnih pijačah pa ne smemo pozabiti na zamaške. Ti so pogosto izdelani iz drugačnega materiala kot steklenice oziroma plastenke. Pri steklenicah so navadno kovinski zamaški s polimernimi ali plutovinastimi tesnili, pri plastenkah pa gre navadno za podoben material kot pri plastenki ali pa za katerega izmed
standardnih termoplastov (PE, PP, PVC). V tem članku se omejujemo le na problematiko možnih poškodb pri odpiranju steklenic ali plastenk. Velika težava pa nastane, če steklenico ali plastenko raznese v navzočnosti ljudi. Pri tem so lahko posledice eksplozije steklenice mnogo hujše kot pri plastenki. Drobci stekla lahko poškodujejo ljudi na večji razdalji in mnogo huje, kot je to možno pri plastenki. Eksplozije steklenic ali plastenk, v katerih je embalirana gazirana pijača, so posledica prevelikega tlaka CO2 v posodi ter tudi napak in s tem povezanih strižnih napetosti v materialu. Pri steklu, ki je krhko, so lahko včasih te strižne napetosti tako velike, da se lahko razleti steklenica tudi brez povečanega tlaka CO2 v notranjosti. Pri plastični embalaži pa to ni mogoče. Strižne napetosti so posledica različnih raztezkov in skrčkov v materialu, ki nastanejo zaradi nehomogenosti materiala, temperaturne razlike, migracijskih procesov itd.
2 TEORETIČNI DEL
2.1 Raztapljanje ogljikovega dioksida v vodi
Maksimalna količina CO2, ki se lahko raztopi v koka-koli ali vodi, je določena s Henryjevim zakonom (slika 1 ). Ta zakon pravi, da je pri dani temperaturi količina
Materiali in tehnologije / Materials and technology 42 (2008) 6, 277-283
277
D. DREV ET AL.: RAZTAPLJANJE CO2 V EMBALIRANI VODI ALI BREZALKOHOLNI PIJAČI
plina, ki se raztopi v tekočini, premo sorazmerna njegovemu parcialnemu tlaku (slika 1).
ni = Ki pi
(1)
Tu pomenijo: n; [mol/m3] - količina plina, ki se raztopi v tekočini Ki [mol Pa-1m-3] - konstanta Henryjevega zakona Pi [Pa - parcialni tlak plina
V tabelah 1 in 2 so prikazane Henryjeve konstante in konstante C za glavne sestavine zraka.
Tabela 1: Henryjeve konstante za vodo in pline pri 298 K (de.wiki-pedia.org/wiki)
Table 1: Henry's constants for the solubility of some gases in water at 298 K
Enačba:	C K voda k H, cp-- Pplin	k _ Pplin H, cp c C voda	k _ Pplin k H,px-- Xvoda	C voda k H,cc-- Pplin
Enota:	molplin l ■ bar	l ■ bar molplin	bar ■ molplin	[brez dimenzije]
			molplin	
O2	1,310-3	769,23	4,259-104	3,180-10-2
H2	7,8-10-4	1282,05	7,099-104	1,907-10-2
CO2	3,4-10-2	29,41	0,163-104	0,8317
N2	6,110-4	1639,34	9,077-104	1,492-10-2
He	3,7-10-4	2702,7	14,97-104	9,051-10-3
Ne	4,5-10-4	2222,22	12,30-104	1,10110-2
Ar	1,4-10-3	714,28	3,955-104	3,425-10-2
CO	9,5-10-4	1052,63	5,828-104	2,324-10-2
Henryjeva konstanta je odvisna od temperature:
C =
a 80lv H -dln(K )
R
d(1/T )
(2)
Tu pomenijo: AsolvH [J/mol] - entalpija R J/molK - plinska konstanta C K - konstanta T [K - temperatura
Tabela 2: Konstante C za različne pline Table 2: Constants C for different gases
plin	O2	H2	CO2	N2	He	Ne	Ar
C /K	1700	500	2400	1300	230	490	1300
Ugotavljamo, da se pri dvakrat povečanem tlaku pri isti temperaturi dvakrat poveča količina raztopljenega plina. Seveda pa velja tudi nasprotno: če se tlak zmanjša, se zmanjša količina plina, ki je lahko raztopljena v tekočini in ta plin se iz tekočine izloči.
Plinska enačba za parcialni tlak posameznega plina:
Pi = (mi/Mi) RV/T
(3)
Če plinsko enačbo za parcialni tlak združimo z Dal-tonovim zakonom, dobimo:
P = Pi + P2 + ... + Pn =
= (m1/M1 + m2/M2 + ... + mn/Mn)RV/T (4)
xt = mt/m	(5)
Slika 1: Prikaz topnosti plina CO2 v vodi po Henryjevem zakonu in primerjava topnosti za idealne raztopine po Raoulovem zakonu 2 Figure 1: Solubility of the gas CO2 in water according to the Henry's law and comparison of the solubility to ideal solutions according to the Raoult's law 2
Iz Daltonovega zakona tako dobimo enačbo za parcialni tlak posameznega plina:
Pi = (Xi/Mi) Mzmesi P
(6)
Tu pomenijo: P Pa = tlak zmesi plinov v celoti Pi Pa = parcialni tlak posameznega plina Xi mol/mol = masni delež posameznega plina v zmesi Mi g/mol = molska masa plina (masa enega kilo mola plina)
Mzmesi g/mol = molska masa zmesi
V termodinamiki ne govorimo o koncentracijah, temveč o aktivnostih določene komponente. Tudi v našem primeru je aktivnost CO2 nekoliko drugačna od koncentracije in je podana z naslednjo enačbo:
pa
(7)
Tu pomenijo: üa = aktivnost plina Pa = parcialni tlak realneg plina Pa0 = parcialni tlak realnega plina
V idealni raztopini velja, daje parcialni tlak linearno sorazmeren deležu komponente v raztopini. Čim večji je njen delež, tem višji je parcialni tlak.
Ogljikov dioksid se raztaplja v vodi po Henryjevem zakonu v odvisnosti od temperature in tlaka (tabeli 3, 4). S slike 2 je razvidno, da se pri enakem tlaku polnjenja raztopi različna količina CO2 pri različnih temperaturah. Če je bila na primer pozimi v polnilnici temperatura samo 10 °C, poleti pa 30 °C, je lahko nastala pri pritisku polnjenja 3 bar približno 100-odstotna razlika v količini raztopljenega CO2. Zato je pomembno, da so polnilnice tudi zaradi teh razlogov klimatizirane.
A
ü a =
282
Materiali in tehnologije / Materials and technology 42 (2008) 6, 277-28:
D. DREV ET AL.: RAZTAPLJANJE CO2 V EMBALIRANI VODI ALI BREZALKOHOLNI PIJAČI
Slika 2: Odvisnost topnosti CO2 v vodi od tlaka in temperature v okolici
Figure 2: Dependence of the CO2 solubility in water on pressure and temperature
V primeru, da je bila gazirana brezalkoholna pijača polnjena pozimi pri relativno nizki temperaturi (na primer 10 °C), brezalkoholno pijačo pa odpira oseba poleti v naravi, kjer nima hladilnika ali hladilne torbe, bo lahko temperaturna razlika vsaj 20 °C. Ta razlika pa povzroča sproščanje CO2 in s tem znatno povečan tlak.
Tabela 3: Topnost CO2 v odvisnosti od parcialnega pritiska CO2 pri 1 bar 16
Table 3: Solubility of CO2 at a partial pressure for CO2 of 1 bar abs 16
T/°C	0	10	20	30	40	50	80	100
Topnost CO2 v vodi [s/cm3 /g 1	1,8	1,3	0,88	0,65	0,52	0,43	0,29	0,26
Disociacijska konstanta ogljikove kisline je odvisna od temperature (Lide, 1991).
Tabela 4: Odvisnost disociacijske konstante ogljikove kisline (Kia) od temperature
Table 4: Dissociation constant (Kia) of carbonic acid at various temperatures
Temperatura T/°C	0	5	1O	15	2O	25	3O	35	4O	45	5O
K1A.IO7	2,64	3,O4	3,4	3,1	4,6	4,5	4,1	4,O	5,4	5,3	5,9
K =
CO2 (l) + H2O (l) « H2CO3 (l) 4H2CO3 ] c[h2co3 ]
c
[CO2 ]c[H2O] c[CO2 ]55,5
Tu pomenijo: (l) = tekočina (liquid) K = ravnotežna konstanta
c[H2CO3 ]i
Kr = 55,5 • K =
C[CO2 ]i
0,0017
(8)
steklenicah so ti migracijski procesi še mnogo manjši. Za pločevinke pa pogosto to ne velja v celoti. Procesi raztapljanja kovinskih ionov v vodi so znatni, posebno še, če kakovost pločevine ni najboljša. Če so v vodi prisotni razni dodatki (brezalkoholne pijače), se lahko ti procesi še pospešijo.
Migracijski procesi so odvisni od:
-	lastnosti materiala,
-	lastnosti permeatov,
-	tlaka in koncentracije permeata,
-	naknadne oksidacije v vodi,
-	sestave atmosfere,
-	drugih dejavnikov.
Pri plastenkah se pojavljajo zelo minimalni procesi prodiranja plinastih produktov iz atmosfere v tekočino (vodo, kokakolo) in iz tekočine v atmosfero (slika 3). Nobena plastika ni povsem neprepustna za pline, kot sta na primer kisik (O2) in ogljikov dioksid (CO2). Poleg migracijskih procesov plinastih produktov pa se lahko raztapljajo določene druge snovi iz embalaže v tekočino in obratno [Gächter,1989]. Vsi ti procesi morajo biti zelo minimalni, kar se doseže z ustrezno izbiro plastike in dovolj tesnim zamaškom. Materiali za izdelavo plastenk za živila morajo biti iz ustreznih materialov ter tudi atestirani. PET - polietilentereftalat je v osnovi zelo primeren za embaliranje živil, vendar pa ne vsak, temveč le tisti, ki je bil izdelan na ustrezen način in tudi atestiran. Na primer, PET- regenerat se ne sme več uporabljati za embaliranje živil, ker ni dovolj kemijsko stabilen.
Prepustnost CO2 skozi stene plastenke je odvisna od difuzijskega koeficienta in koncentracij CO2 v tekočini in v zraku:
dx	l
(9)
x = 0
x=i
2.2 Migracijski procesi voda-plastenka-okolica
Slika 3: Prikaz difuzijskega toka CO2 skozi steno plastenke Plastenke so praktično neprepustne za migracijske Figure 3: Sheme of the diffusion flow of CO2 through the plastic procese snovi iz okolice v vodo in iz vode v okolico. Pri bottle wall
Materiali in tehnologije / Materials and technology 42 (2008) 6, 277-283
279
D. DREV ET AL.: RAZTAPLJANJE CO2 V EMBALIRANI VODI ALI BREZALKOHOLNI PIJAČI
Slika 4: Topnost CO2 v PET (59 % amorfnega dela) v odvisnosti od nadtlaka p n in zunanje temperature
Figure 4: Solubility of CO2 in PET (59% of amorphous faze) in dependence of the pressure and temperature 9
Tu pomenijo: Fx [m s-1] - tok pi [Pa - parcialni pritisk D [m2 s-1] - difuzijski koeficient c [mg/m3] - koncentracija l [m - debelina folije
Prepustnost PET-embalaže je odvisna od »topnosti« CO2 v polimeru (slika 4). "Topnost" je odvisna od temperature, kristaliničnosti, molske mase PET ter dodatkov v plastiki. Prepustnost poveča delež amorfne oblike, nizka molekulska masa ter velika količina dodatkov. Zato je pri embaliranju vode in brezalkoholnih pijač zelo pomembno, daje material relativno čist in ima ustrezno molekulsko maso. Na sliki 5 je prikazan primer vpliva temperature na topnost CO2 pri določeni sestavi PET. Na sliki 6 pa je prikazana prepustnost O2 za polimerne materiale PET za plastenke.
Tabela 5: Prepustnost PET plastike za pline 15
Tabele 5: Permeability of a PET layer plastics for gases 15
Material	I1CO2 [cm3mm/(m2d bar)l	IO2 cm3mm/(m2d bar)
PET	16	4
OPET	8	2
PEN	2	0,5
PVDE oslojen	0,05	0,03
EVOH	0,05	0,01
SiO2	0,01	0,002
V	tabeli 3 je prikazana prepustnost plastenke za CO2 in O2 in nekaterih drugih materialov, ki se uporabljajo za embaliranje pijač. Iz vseh navedenih podatkov je razvidno, da so PET-plastenke praktično neprepustne za CO2 in druge pline. Zato ostanejo v plastenki še dolgo časa prevelike koncentracije CO2, ki so bile vnesene pri polnjenju. To povzroča potencialno nevarnost poškodb.
2.3 Vpliv pH vrednosti na količino plinastega ogljikovodika in s tem tudi na pritisk v plastenki
V	kisli vodi in gaziranih brezalkoholnih pijačah sta v ravnotežju raztopljeni in plinasti CO2 :
Slika 5: Prikaz prepustnosti O2 za PET plastenke Figure 5: Permeability of PET plastic bottels for oxygen 1
H2O + CO2 o H2CO3 « H+ + HCO3- « 2H+ + CO3 H2CO3 â HCO3- + H+
K a1 =
K2 =
c[H+ j' c[hco- ]
c[H2CO3 ]
HCO3- â CO32- + H+ c[h+ ]• c[CO2-]
= 4,3 ■ 10-7
K a1 =
[hco-] [hco- ]
6 ■ 10-
(10)
(11)
x • a
x • c\
[H2C03] [HCO- ] x • c[hC0- ]
c[CO2 +H2CO3] c[CO2 ]l
c[co2- ]
x • cl
K a2 =
c[hC0- ]
(12) (13)
Tu pomenijo: x mol/L = c H+
Ka1 mol/L = konstanta razpada H2CO3 Ka2 mol/L = konstanta razpada HCO3-
Slika 6: Prikaz migracijskih procesov v plastenki z brezalkoholno pijačo
Figure 6: Migration processes in soft drink plastic bottle 9
(
282
Materiali in tehnologije / Materials and technology 42 (2008) 6, 277-28:
D. DREV ET AL.: RAZTAPLJANJE CO2 V EMBALIRANI VODI ALI BREZALKOHOLNI PIJAČI
Kot je razvidno iz ravnotežne reakcije, je vsebnost plinastega CO2 odvisna delno tudi od kemije in ne samo od Henryjevega zakona o topnosti CO2 v vodi. Določene raztopljene snovi vplivajo na pH-vrednost, ta pa na ravnotežje plinastega in raztopljenega CO2.
Ker se lahko s časom spreminja sestava raztopljenih snovi v vodi, se spreminja tudi pH-vrednost. S tem se spreminja tudi razmerje med topnih in plinastim CO2.
Koncentraciji vodikovih c[H+] ali hidroksilnih ionov c[OH-] sta povezani preko konstante disociacije vode, zato je pH-vrednost merilo za koncentracijo vodikovih c[H+] in hidroksilnih ionov c[OH-].
H2O [H+] + [OH-] Za konstanto disociacije velja naslednja formula: c[h+ ]• c[OH-]
c[H2O] =
c[H2O] 1L
M,
- - Kh2O - 1,8 ■ 10-16
1000 g55,5 mol/L
(14)
2 18 g/L c[H2O] 1,81016 - 55,51,81016 - 11016 - Kw
(15)
(16) (17)
lg c[H+] + lg c[OH] - -14 pH - - lg c[H+]
Tu pomenijo: K^dmol/L]- konstanta razpada vode Kw [(mol/L)2] - ionski produkt vode
Na podlagi zgoraj navedenih reakcij in enačb lahko izračunamo ravnotežje med CO2 in pH vrednostjo kot je prikazano na sliki 7.
Iz navedenega je razvidno, da se z zmanjšanjem pH-vrednosti poveča količina plinastega CO2. To pa se lahko zgodi zaradi kemičnih reakcij raztopljenih substanc v brezalkoholni pijači. Te reakcije so navadno zanemarljive, saj mora ostati nespremenjena kakovost ustekleničenih brezalkoholnih pijač.
CO2 pa nastaja tudi pri biokemijskih procesih razgradnje raztopljenih organskih snovi v vodi oziroma brezalkoholni pijači. Za to so potrebne bakterije in ustrezni pogoji. Pri embalirani vodi in brezalkoholnih
pijačah mora biti zagotovljena sterilnost embalaže in pijače, zato so takšne reakcije malo verjetne. Vendar pa jih ne moremo v celoti izključiti, posebno še pri sadnih sokovih, kjer je velika količina hraniva za razvoj bakterij.
3 PRAKTIČNI DEL
3.1	Primer sproščanja CO2 zaradi dviga temperatur in dodajanja topila v gazirano brezalkoholno pija~o
a)	Povečanje tlaka zaradi dviga temperature
-	Pri preiskavi gazirane mineralne vode je bila izmerjena količina 3,8 mg CO2/L
-	Iz grafikona na sliki 2 je razvidno, da se z dvigom temperature od 15 °C na 40 °C poveča tlak CO2 iz 1 bar na približno 4 bar.
-	3 bar nadtlaka lahko povzroči burno sprostitev brezalkoholne pijače tako kot je prikazano na sliki 8.
-	Pri steklenicah z velikimi napetostmi v materialu pa lahko nastane celo eksplozija steklenice. Steklenice za brezalkoholne pijače so navadno preizkušene na tlak 7 bar.
b)	Sproščanje CO2 zaradi raztapljanja drugih snovi, ki dvigujejo pH vrednost
3.2	Izra~un pH vrednosti za gazirano mineralno vodo pred dodatkom NaHCO3 in po njem:
-	raztopili smo 1 g NaHCO3 v 1 L gazirane mineralne vode;
-	v gazirani mineralni vodi je bila izmerjena vsebnost CO2; 3,8 mg/L - 0,086 mol/L in 7,7 mg HCO3/L -0,126 mol HCO3/L;
-	pufer H2CO3 in NaHCO3 ima pH - 6,4;
-	izračun pH-vrednosti pred dodatkom NaHCO3:
„ ,, , c[HCO- ]	0,126 mol/L
pH - 6,4 + lg -t--- 6,4 + lg —--
c[CO2 ]	0,086 mol/L
6,4 + 0,16 - 6,56
-	izmerjena pH vrednost gazirane mineralne vode je bila približno 6,5;
1 mol H2CO3 - 62 g 1 mol CO2 - 44 g 1 mol HCO3- - 61 g 1 mol NaHCO3 - 84 g
-	v 1 L gazirane mineralne vode smo dodali 10 g NaHCO3 (0,12 mol);
-	sprostila se je znatna količina CO2, pri čemer se pH-vrednost ni opazno spremenila;
izračun pH vrednosti po dodatku NaHCO3:
c[HCO-] pH - 6,4 + lg Lr__nJ - 6,4 +
c[CO2 ]
Slika 7: Ravnotežje CO2 - pH-vrednost Figure 7: pH-CO2 equilibra 7
+ lg
(0,126 + 0,12) mol/L 0,086 mol/L
- 6,4 + 0,45 - 6,85
Materiali in tehnologije / Materials and technology 42 (2008) 6, 277-283
281
D. DREV ET AL.: RAZTAPLJANJE CO2 V EMBALIRANI VODI ALI BREZALKOHOLNI PIJAČI
-	Izmerjena pH-vrednost po dodatku NaHCO: je bila približno 6,5, kar ni bistvena sprememba glede na prvotno stanje.
3.3 Sproščanje CO2 zaradi dodatka NaHCO3 v koka-kolo:
-	pred dodatkom NaHCO: je bila izmerjena vrednost pH = 3;
-	po dodatku 1 g NaHCO: v 1 L Coka cole je nastala burna reakcija sproščanja CO2, približno tako kot je prikazano na sliki 8;
-	po dodatku NaHCO: je imela Coka cola pH = 6;
-	pri Coka coli je poleg ogljikove tudi znatna količina fosforne kisline. Zato je treba upoštevati poleg ravnotežnih reakcij H3CO3 tudi ravnotežne reakcije H3PO4
H3PO4 â H2PO4- + H+
K, =
c\H+ j' c\H2 PO- ] 4H3PO4 ]
= 110-
H2PO4- â HPO4-2 + H+
K 2 =
c\H+ ]' c\h2po^-] c\h2po4 ]
= 110-
Slika 8: Prikaz burne ekspanzije Coka cole po odstranitvi zamaška Figure 8: Ejection of liquid after removal of the Coca-cola bottle cap
K: =
\H+]' c\PO3-] = 1,
c\hpo2- ]
10-
pH = - lg c[H+] = : c[H+] = -lg c[H+] = 10-: mol/l Izračun sproščene količine CO2 po dodatku NaHCO:: c\HCO: ]- c\H+ ] \0,09 + 0,01] - \0,001]
c\H2CO: ] =
4,:-10-
4,:-10-
10-
= 2:2 mol/L
43-10
2:2 mol/L CO2 = 4 g/L CO2
3.4 Poškodbe pri odpiranju plastenk
Oseba iz manjšega kraja na Dolenjskem, ki je odpirala dvolitrsko plastenko kokakole, je dobila zaradi tega poškodbe. Zamašek ji je vrglo v levo ličnico, hlape in tekočino pa v levo oko. V trenutku jo je močno zapeklo in na to oko ni videla nič več. Zaradi tega je morala poiskati zdravniško pomoč v bolnišnici. Na okulističnem oddelku je ostala 1: dni. Delne posledice poškodbe pa so ostale. Odškodnino za nastalo poškodbo poskuša iztožiti na sodišču.
V navedenem primeru je bil v plastenki povišan tlak CO2 ter tudi pokvarjen zamašek. Tega ni bilo možno enostavno odpreti, temveč so bili za to potrebni dodatni napori. Zaradi tega se je v kokakolo vnašala dodatna
kinetična energija, ki je sproščala vsebnost neraztopljenega CO2. Poleg tega pa odpiranje pokvarjenega zamaška ni povzročalo postopnega sproščanja tlaka v plastenki.
Poznan je primer iz Nemčije, ko je plastenka s koka-kolo eksplodirala v rokah devetletnega otroka. Zardi poškodb, ki jih je pri tem dobil otok, je bila izplačana odškodnina 10.000 DM.
Podobno kot za navedena primera kokakole je poznano še več primerov poškodb z drugimi gaziranimi brezalkoholnimi pijačami in ustekleničeno kislo vodo.
V fazi polnjenja se je lahko raztopila dvakrat večja količina CO2 kot pri nekoliko višji temperaturi pri enakem tlaku. Če se steklenica oziroma plastenka gazirane pijače pred odpiranjem še precej obrača, se znatni del raztopljenega CO2 sprosti. Razlog za to je vnos kinetične energije v vodo, kar vpliva na dodatno sproščanje CO2. Količina neraztopljenega CO2 se tako nekajkrat poveča, kar po Henryjrevem zakonu pomeni tudi zvišanje tlaka v plastenki. V takem primeru lahko pride pri odpiranju plastenke do približno takšnega pojava, kot je prikazan na sliki 8.
4 SKLEPI
Količina raztopljenega CO2 v vodi ali brezalkoholni pijači ni pomembna samo zaradi zdravstvenih in kulinaričnih zahtev, temveč lahko vpliva tudi na poškodbe uporabnikov. Te so sicer zelo redke, vendar pa jih ne smemo zanemariti. V članku smo analizirali
282
Materiali in tehnologije / Materials and technology 42 (2008) 6, 277-28:
HPO4-2 â PO-: + H+
4
7
7
4
D. DREV ET AL.: RAZTAPLJANJE CO2 V EMBALIRANI VODI ALI BREZALKOHOLNI PIJAČI
vzroke poškodb in se v konkretnih primerih omejili le na poškodbe, ki lahko nastanejo zaradi prevelike količine CO2 pri odpiranju plastenk. Obravnavali pa smo problem bistveno širše, tj. z vidika nastajanja prekomerne količine plinastega CO2 v ustekleničeni pijači. Količina raztopljenega in plinastega ogljikovega dioksida je v glavnem definirana z osnovnimi plinskimi zakoni (Henryjev zakon), kar se pogosto pozablja. Tudi vrsta in količina raztopljenih snovi imata določen vpliv na topnost oziroma sproščanje CO2. Veliko bolj problematično pa je nastajanje CO2 pri biokemijskih procesih (alkoholno vretje, itd.), kar povzroča še večjo nevarnost poškodb pri odpiranju steklenic. Prekomerna količina CO2 pa ni nevarna le pri odpiranju steklenic, temveč tudi med hranjenjem. Če je tlak tako velik, da ga embalaža več ne zdrži, nastane eksplozija. Eksplozije plastenk niso tako problematične kot eksplozije steklenic, saj je steklo krhko in trdo. Drobci stekla lahko zletijo v zrak ter povzročijo precejšnje poškodbe navzočih ljudi.
Varnejše odpiranje steklenic in plastenk morajo omogočiti tudi zamaški. Neustrezni zamaški so ena izmed velikih hib, ki jih lahko ugotovimo potrošniki v vsakdanjem življenju. Pri plastenki mora biti izdelan zamašek tako, da zagotavlja popolno zaprtje vsebine, dokler ga ne začnemo odvijati. Ko začnemo odpirati plastenko, mora priti do enostavnega razdvajanja fiksnega dela (če obstaja) od zamaška z navojem. Navojni del bi moral biti narejen tako, da se pri odvijanju postopno sprošča tlak. Odpiranje steklenic s kovinskim pokrovom ni problematično, če uporabljamo ustrezno odpiralo. Pri dvigovanju pokrovčka se tlak postopno izenačuje. Bistveno večji problem pa so ustekleničene pijače z zamaški.
5 LITERATURA
1	Brydson, J. A., Plastics Materials, Butterworth Heinemann, 1999
2	Dean, J. A., Lange's Handbook of Chemistry, McGraw, Inc., 1992
3Drev, D., Problematika embalirane vode. V: Roš, Milenko (ur.). Zbornik referatov. Ljubljana: Slovensko društvo za zaščito voda, 2005,128-138
4Frimmel, F. H., Wasser und Gewasser, Ein Handbuch (Gebundene Ausgabe), Spektrum Akademischer Verlag, 1999
5Gächter, R., Müller, H., Taschenbuch der Kunststoff - Additive, Hanser Verlag, Wien, 1989
6	Havelaer, A. H., Melse, J. M., Quantifying public health risk in the WHO Guidalines for Drinking - Water Quality, RIVM report 73401022/2003, 2003
7	Lide, D. R., CRC Handbook of Chemistry and Physics, 71 ed. Boca Raton, Ann Arbor, Boston: CRC Press, 1991
8	Jolly, W. L. Modern Inorganic Chemistry (2nd Edn.). New York: McGraw-Hill, 1991
9	Müller, K., O2 - Durchlässigkeit von Kunststoffflaschen und Verschlüssen - Messung und Modellierung der Stofftransportvorgänge, PhD Thesis, Technische Universität München, 2003
10	Mette, M., Ein Beitrag zur Gasdurchlässigkeit Permeabler Getränkenflaschen unter dem Aspekt der Haltbarkeit des Füllgutes-Teil 1, Brauindustrie, 3 (2003), 150-153
11	Nölle, G., Technick der Glasherstellung, Wiley VCH Verlag, (1997)
12	Orzinski, M., Untersuchung der Permeation von anorganische Gasen und organische Verbindungen durch barriereverbesere Kunststoffflaschen und ihre messtechnische Erfassung, PhD Thesis, Technische Universität Berlin, D83, 2007
13Preeti, C., Multi-component transport of gases and vapors in poly(ethylene terephtalate), PhD Thesis, Georgia Institute of Technology, 2006
14	Pravilnik o preskušanju izdelkov in snovi, ki prihajajo v stik z živili, (Uradni list RS, 131/039)
15	Palzer, G., Establishment of a standard test precedure for PET bottle materials with respect to chemical inertness behavior including the preparation of a certified PET reference material, PhD Thesis, Technische Universität München, 2001
16	Physical and engineering data, January 1978 ed. The Hague: Shell Internationale Petroleum Maatschappij BV, 1978
17	Spellman, F. R. The drinking water handbok, CRC PRESS, 1999
18	Uredba Evropskega parlamenta in Sveta, 27. oktober 2004 o materialih in izdelkih, namenjenih za stik z živili, in o razveljavitvi direktiv 80/590/EGS in 89/109/EGS
19	Uredba o izvajanju Uredbe Evropskega parlamenta in Sveta ES o materialih in izdelkih, namenjenih za stik z živili in o razveljavitvi direktiv 80/590/EGS in 89/109/EGS, (Uradni list RS, 53/05, 66/06)
20	Witt G. Taschenbuch der Fertigungstechnik, Hanser, 2005
Materiali in tehnologije / Materials and technology 42 (2008) 6, 277-283
283