आसान खोलने वाले डिब्बों और ढक्कनों में जंग लगने की प्रक्रियाएँ: तकनीकी गाइड

1. परिचय: धातु के डिब्बों में जंग की प्रकृति

जंग को तकनीकी रूप से बाहरी एजेंट की क्रिया द्वारा धातु के धीमे विनाश के रूप में परिभाषित किया गया है, जिसके परिणामस्वरूप रासायनिक या भौतिक-रासायनिक हमला होता है। हालाँकि धातुएँ आमतौर पर स्थिर तत्व होती हैं, लेकिन बाहरी एजेंटों का हस्तक्षेप इस संतुलन को तोड़ देता है। धातु के डिब्बों, मुख्य रूप से टिनप्लेट के संदर्भ में, यह घटना उत्पाद की अखंडता और खाद्य सुरक्षा के लिए महत्वपूर्ण है।

सभी धातुएँ हवा के संपर्क में हैं, जिसमें 79% नाइट्रोजन और 21% ऑक्सीजन होता है। चूंकि नाइट्रोजन एक निष्क्रिय गैस है, इसलिए धातुओं पर वातावरण की आक्रामक क्रिया लगभग पूरी तरह से ऑक्सीजन पर निर्भर करती है। हालाँकि, संक्षारक प्रक्रिया को ट्रिगर और प्रगति के लिए, ऑक्सीजन को सहयोगियों की आवश्यकता होती है:

• गर्मी: जो वायुमंडलीय ऑक्सीजन के साथ मिलकर सतही ऑक्सीकरण का उत्पादन करती है।
• नमी: जो ऑक्सीजन के साथ मिलकर वास्तविक जंग का उत्पादन करती है।

2. इलेक्ट्रोकेमिकल आधार और गैल्वेनिक जोड़ी

डिब्बों में जंग को समझने के लिए, धातुओं के इलेक्ट्रोकेमिकल व्यवहार को समझना अनिवार्य है। धातुओं को उनके विद्युत क्षमता के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है:

• एनोडिक: नकारात्मक क्षमता वाली धातुएँ जो आसानी से इलेक्ट्रॉन छोड़ती हैं और ऑक्सीकरण करती हैं।
• कैथोडिक: सकारात्मक क्षमता वाली धातुएँ (जैसे महान धातुएँ) जो सकारात्मक आयनों को आकर्षित करती हैं और जंग के लिए प्रतिरोधी होती हैं।

जब दो अलग-अलग धातुएँ एक इलेक्ट्रोलाइट की उपस्थिति में जुड़ती हैं या संपर्क में आती हैं, तो एक गैल्वेनिक जोड़ी बनती है। इस स्थिति में, सबसे कम क्षमता वाली धातु (सबसे एनोडिक) वह है जो ऑक्सीकरण करती है।

2.1. टिनप्लेट का विशिष्ट मामला (आयरन और टिन)

टिनप्लेट एक आकर्षक दोहरे व्यवहार को प्रस्तुत करता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि एक्सपोजर आंतरिक (ऑक्सीजन के बिना) या बाहरी (ऑक्सीजन के साथ) है या नहीं।

A) डिब्बे के अंदर (ऑक्सीजन की अनुपस्थिति): टिन (Sn) आयरन (Fe) के सामने एनोड के रूप में कार्य करता है।

• प्रतिक्रिया: Sn⁰ ⇔ Sn⁺² + 2e⁻ (E₀ = -0.13 V)।
• आयरन: Fe⁰ ⇔ Fe⁺² + 2e⁻ (E₀ = -0.44 V)।
• टिन ऑक्सीकरण करता है, जिससे आयरन की सुरक्षा होती है। इस घटना में डिस्टैनिंग शामिल है, लेकिन यह बेस स्टील की संरचनात्मक अखंडता को बनाए रखता है।

B) डिब्बे के बाहर (ऑक्सीजन की उपस्थिति): ध्रुवीयता का उलटा होता है। आयरन एनोड के रूप में व्यवहार करता है और टिन के सामने ऑक्सीकरण करता है, जो कैथोड के रूप में कार्य करता है।

• इस वातावरण में आयरन अधिक इलेक्ट्रोनेगेटिव होने के कारण जंग से ग्रस्त है।
• इसके परिणामस्वरूप आयरन ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड का निर्माण होता है (जिसे “जंग” या जंग के रूप में जाना जाता है), जिसका रंग जलयोजन के आधार पर पीले से नारंगी तक भिन्न होता है।

आयरन के ऑक्सीकरण की रासायनिक प्रतिक्रियाएँ हैं: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻ (धातु से फेरस आयन तक) Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻ (फेरस आयन से फेरिक तक)

पर्यावरणीय नमी की उपस्थिति में, अंतिम उत्पाद नारंगी-लाल रंग का हाइड्रेटेड फेरिक ऑक्साइड है: 2 Fe₂O₃ + 6H₂O → 4 Fe(OH)₃

3. जंग के प्रकारों का वर्गीकरण

जंग को बाहरी एजेंट के अनुसार तीन मुख्य श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है जो इसे शुरू करता है।

3.1. इलेक्ट्रोकेमिकल जंग यह नम वातावरण के संपर्क में आने वाली या पानी में डूबी हुई धातुओं में सबसे आम है। यह पहले उल्लेखित गैल्वेनिक श्रृंखलाओं द्वारा शासित होता है। एक क्लासिक उदाहरण जस्ता या टिन के सामने आयरन का व्यवहार है:

• जस्ता (Zn= -0.763 V) के सामने, आयरन (Fe= -0.440 V) संरक्षित है क्योंकि जस्ता अधिक एनोडिक है।
• टिन (Sn= -0.135 V) के सामने, आयरन पर हमला किया जाता है।

नमक की उपस्थिति, जैसे सोडियम क्लोराइड (NaCl), इस प्रक्रिया को प्रतिक्रिया के अनुसार तेज करती है: 2 ClNa + 2 H₂O ↔ 2 HCl + 2 NaOH नमक प्रतिक्रिया करता है लेकिन नष्ट नहीं होता है, जब तक धातु और नमी मौजूद है, तब तक जंग की प्रक्रिया को जारी रखने में योगदान देता है।

3.2. रासायनिक जंग एसिड और क्षार के सीधे हमले से उत्पादित।

• एसिड: आयरन पर गैर-ऑक्सीकरण एसिड द्वारा हमला किया जाता है। सल्फर की उपस्थिति विशेष रूप से खतरनाक है, आयरन सल्फाइड बनाती है और उत्प्रेरक के रूप में कार्य करती है, जिससे डिब्बों में सल्फर यौगिकों का उपयोग जोखिम भरा हो जाता है।
• क्षार: एल्यूमीनियम और टिन जैसी धातुओं पर हमला करते हैं। टिन घुलनशील सोडियम स्टैनिट बनाता है, जो कोटिंग के पूर्ण विनाश तक सुरक्षात्मक परत को भंग कर देता है।

3.3. सूक्ष्मजैविक जंग यह सबसे कम ज्ञात लेकिन अत्यधिक विनाशकारी रूपों में से एक है। यह की क्रिया द्वारा निर्मित होता है:

• अवायवीय बैक्टीरिया: संक्षारक मेटाबोलाइट्स उत्पन्न करते हैं।
• वायवीय बैक्टीरिया: संक्षारक खनिज एसिड का उत्पादन करते हैं।
• कवक: चयापचय कार्बनिक एसिड उत्पन्न करते हैं।

इन सूक्ष्मजीवों का चयापचय गैसों (CO₂, H₂, N₂) और अमोनिया, हाइड्रोजन पेरोक्साइड और सल्फाइड जैसे पदार्थों का उत्पादन करता है, जिससे डिब्बे के लिए एक अत्यधिक आक्रामक सूक्ष्म वातावरण बनता है।

4. प्रसार और आकृति विज्ञान: स्थानीयकृत जंग

हालांकि समान जंग (जो पूरी सतह को प्रभावित करता है) मौजूद है, यह लेपित डिब्बों में दुर्लभ है। टिनप्लेट में सबसे आम रूप स्थानीयकृत जंग है, जो विशिष्ट क्षेत्रों पर हमला करता है और अन्य को बरकरार रखता है, आमतौर पर कोटिंग (वार्निश या टिन) में विफलताओं या सरंध्रता के कारण।

विशेष प्रासंगिकता के कई प्रकार के स्थानीयकृत जंग हैं:

4.1. अंतरग्रहीय जंग धातु की क्रिस्टलीय संरचना में अनाज के जंक्शन को प्रभावित करता है, इसकी यांत्रिक शक्ति को कमजोर करता है और अनियमित फ्रैक्चर का कारण बनता है। यह डिब्बों में सबसे आम नहीं है।

4.2. दरार या दरार जंग (दरार जंग) अंतराल या छिपे हुए क्षेत्रों में होता है जहां संक्षारक समाधानों (नमक या एसिड) की छोटी मात्रा स्थिर रहती है। यह डिब्बों के बंद होने या आसान खोलने वाले छल्ले के नीचे विशिष्ट है।

4.3. फिलिफॉर्म जंग यह एक सतही भिन्नता है जो गैर-प्रवाहकीय कोटिंग्स (वार्निश) के तहत होती है। यह संकीर्ण फिलामेंट्स (0.05 से 3 मिमी चौड़ा) बनाने की विशेषता है जो वार्निश के नीचे सर्पिल होते हैं।

• तंत्र: यह विभेदक वातन द्वारा काम करता है। फिलामेंट का “सिर” एनोडिक क्षेत्र है (जहां जंग शुरू होता है और अम्लीकरण होता है) और “पूंछ” सबसे अधिक वातित क्षेत्र है।
• कारक: इसके लिए 60% से अधिक की सापेक्ष आर्द्रता और आरंभकर्ताओं के रूप में लवण (क्लोराइड) की उपस्थिति की आवश्यकता होती है।
• रोकथाम: वार्निश की गुणवत्ता या मात्रा इसके गठन को नहीं रोकती है; कुंजी आर्द्रता को कम रखना और खारा अवशेषों से बचना है।

4.4. पिटिंग जंग (पिटिंग) यह स्थानीयकृत जंग का सबसे आम और खतरनाक रूप है। यह खामियों या खराब वातित क्षेत्रों (जमा के तहत) में उत्पन्न होता है। इसका खतरा इस तथ्य में निहित है कि यह धातु को गहराई से छेदता है, कभी-कभी बाहर से नग्न आंखों से लगभग अदृश्य होता है। गड्ढे विभिन्न आकृतियों (संकीर्ण और गहरे, अण्डाकार, दीर्घाओं में, आदि) को अपना सकते हैं।

4.5. तनाव जंग (एससीसी) इसमें तीन एक साथ कारकों के संयोजन के कारण धातु का भंगुर फ्रैक्चर शामिल है:

1. तनाव तनाव (तनाव)।
2. एक विशिष्ट संक्षारक माध्यम।
3. एक अतिसंवेदनशील धातु।

प्रक्रिया में दो चरण होते हैं: एक प्रारंभिक दरार का गठन और सामग्री के फ्रैक्चर तक इसका प्रसार। यह आमतौर पर गहरे ड्राइंग क्षेत्रों में या आसान खोलने वाले ढक्कनों के रिवेट्स में देखा जाता है।

4.6. हाइड्रोजन क्षति धातु में हाइड्रोजन के प्रसार के कारण होता है, अक्सर भोजन में प्रोटीन (थियोप्रोटीन) के अपघटन से आने वाले सल्फाइड आयनों द्वारा त्वरित किया जाता है। मूल प्रतिक्रिया: 2 H⁺ + 2 e⁻ → H₂↑

5. निर्माण और पैकेजिंग प्रक्रिया के कारक

बाहरी जंग न केवल एक सामग्री समस्या है, बल्कि एक प्रक्रिया समस्या भी है। कई चरण डिब्बे की संवेदनशीलता को प्रभावित करते हैं:

5.1. यांत्रिक क्षति और भरना

• फीड लाइनें: रगड़ और झटके बाहरी वार्निश को नुकसान पहुंचाते हैं, जिससे बेस स्टील उजागर हो जाता है।
• बंद करना: सीमर्स का समायोजन महत्वपूर्ण है। खराब चिकनाई वाले रोलर्स या बिना समायोजित मैंड्रेल बंद होने वाले क्षेत्र में कोटिंग को नुकसान पहुंचा सकते हैं।
• भरना: डिब्बे पर उत्पाद के अवशेष नसबंदी के पानी को दूषित करते हैं, जिससे इसकी आक्रामकता बढ़ जाती है।

5.2. नसबंदी और शीतलन आटोक्लेव में गर्मी उपचार के दौरान:

• गर्म रगड़ से बचने के लिए परतों के बीच विभाजक का उपयोग करने की सलाह दी जाती है।
• काउंटरप्रेशर के लिए उपयोग की जाने वाली हवा संक्षारक ऑक्सीजन प्रदान करती है।
• भाप का सीधा परिचय बॉयलर से क्षारीय संघनित को खींच सकता है जो वार्निश पर हमला करते हैं।
• सुखाना: यह आवश्यक है कि डिब्बे का अंतिम तापमान “स्व-सुखाने” की अनुमति दे। ढक्कन के बेसिन में या अंगूठी के नीचे शेष नमी गैल्वेनिक कोशिकाओं के लिए एक प्रजनन स्थल है।

6. पानी की गुणवत्ता: एक निर्णायक कारक

प्रक्रिया का पानी (नसबंदी और शीतलन) संक्षारक या स्केलिंग हो सकता है। नियंत्रित करने के लिए महत्वपूर्ण पैरामीटर:

• पीएच: अम्लीय या बहुत क्षारीय माध्यम धातु और वार्निश पर हमला करते हैं। आदर्श सीमा: 6.5 – 8.5।
• चालकता: उच्च मान (< 2000 µS/cm अनुशंसित) गैल्वेनिक कोशिकाओं में वर्तमान प्रवाह का समर्थन करते हैं।
• क्लोराइड और सल्फेट: इन्हें 25 मिलीग्राम/लीटर से नीचे रखा जाना चाहिए।
• सूखा अवशेष (टीडीएस): 500 मिलीग्राम/लीटर से कम।

6.1. जल मूल्यांकन सूचकांक पानी के व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए विशिष्ट सूचकांकों का उपयोग किया जाता है:

A) लैंगेलियर इंडेक्स (एलएसआई): कैल्शियम कार्बोनेट के संतुलन का मूल्यांकन करता है। सूत्र: LSI = pH – pHs

• एक नकारात्मक एलएसआई (< -0.4) संक्षारक पानी को इंगित करता है।
• एक सकारात्मक एलएसआई (> 0.2) स्केलिंग (अवक्षेपण) पानी को इंगित करता है।

B) रिजनर इंडेक्स (आरएसआई): सूत्र: RSI = 2(pHs) – pH

• मान >> 7 या 8 उच्च संक्षारकता का संकेत देते हैं।
• मान << 6 स्केलिंग की प्रवृत्ति का संकेत देते हैं।

स्केलिंग (कार्बोनेट के सफेद धब्बे) न केवल एक सौंदर्य समस्या है; वे नमी प्रतिधारण क्षेत्रों के रूप में कार्य करते हैं, जिससे बाद में जंग लगती है।

6.2. निष्क्रियता उपचार पानी की आक्रामकता को कम करने के लिए, जस्ता और फॉस्फोरिक एसिड पर आधारित कैथोडिक अवरोधक (निष्क्रियक) जोड़े जाते हैं। ये स्टील पर एक सतही फॉस्फेटेशन बनाते हैं जो इसकी रक्षा करता है। खुराक को नियंत्रित करना महत्वपूर्ण है, क्योंकि एक अतिरिक्त चालकता बढ़ाता है और, विरोधाभासी रूप से, पानी की आक्रामकता।

7. भंडारण और परिवहन: पर्यावरण नियंत्रण

एक बार निर्मित और संसाधित होने के बाद, डिब्बा जोखिम में रहता है। भंडारण और परिवहन के दौरान बाहरी जंग आमतौर पर संघनन और हाइग्रोस्कोपिक लवणों की उपस्थिति के कारण होता है।

7.1. तहखाने की स्थिति

• सापेक्ष आर्द्रता (एचआर): इसे कम रखा जाना चाहिए (फिलिफॉर्म जंग से बचने के लिए 60% से नीचे)।
• तापमान: अचानक बदलाव से बचें जो ओस बिंदु और संघनन की ओर ले जाते हैं।
• लवणता: नमक जमा पर्यावरण से नमी को आकर्षित करता है (हाइग्रोस्कोपिसिटी), जिससे जंग शुरू हो जाती है।
• पैकेजिंग सामग्री: कार्डबोर्ड और विभाजक निष्क्रिय नहीं हैं; यह सुनिश्चित करने के लिए उनका विश्लेषण किया जाना चाहिए कि उनमें आक्रामक लवण नहीं हैं। आंतरिक नमी को बरकरार रखने पर निरंतर प्लास्टिक का उपयोग प्रतिकूल हो सकता है।

7.2. संक्षेपण की घटना (ओस बिंदु) संघनन का जोखिम तापमान और सापेक्ष आर्द्रता के बीच संबंध पर निर्भर करता है। यदि तापमान अचानक गिर जाता है, तो अतिरिक्त भाप ठंडे डिब्बों पर तरल पानी में संघनित हो जाती है।

संक्षेपण से पहले अनुमत तापमान ड्रॉप के महत्वपूर्ण उदाहरण (35ºC पर प्रारंभिक हवा के लिए):

• 20% एचआर पर: संघनित करने के लिए तापमान को 28ºC (7ºC तक) कम होना चाहिए (कम जोखिम)।
• 50% एचआर पर: 12ºC (23ºC तक) कम होना पर्याप्त है।
• 75% एचआर पर: केवल 5ºC (30ºC तक) कम करने से संघनन होता है (बहुत अधिक जोखिम)।

यह समुद्री परिवहन में महत्वपूर्ण है, जहां कंटेनर बड़े थर्मल विविधताओं से ग्रस्त हैं।

7.3. यूवी संरक्षण पराबैंगनी विकिरण (सौर या कीटनाशक में फ्लोरोसेंट ट्यूब से) वार्निश और लिथोग्राफ को नीचा दिखाता है, जिससे बाहरी सुरक्षात्मक बाधा कमजोर हो जाती है।

8. सुरक्षा के तरीके और निष्कर्ष

जंग के खिलाफ लड़ाई रोकथाम पर आधारित है। मौलिक रणनीतियों में शामिल हैं:

1. वार्निश की अखंडता बनाए रखें: एक टूटा हुआ वार्निश एनोडिक हमले को केंद्रित करता है।
2. हाइग्रोस्कोपिक अवशेषों को हटा दें: बंद होने के बाद डिब्बों की पूरी तरह से सफाई।
3. पूर्ण सुखाने: दरारों (बंद, छल्ले) में पानी से बचें।
4. पर्यावरण नियंत्रण: ओस बिंदु से बचने के लिए सूखे, हवादार और तापमान-नियंत्रित गोदाम।
5. अवरोधकों का उपयोग: प्रक्रिया के पानी का रासायनिक उपचार (निष्क्रियता)।

निष्कर्ष में, धातु के डिब्बों में जंग एक बहुआयामी घटना है जिसमें रसायन विज्ञान, धातु विज्ञान और वायुमंडलीय भौतिकी शामिल है, जिसका नियंत्रण डिब्बे के पूरे जीवन चक्र के एकीकृत प्रबंधन पर निर्भर करता है।