金属包装材料

第四章金属包装材料金属资源丰富、品种多，包装的可靠性强，目前，金属包装材料在我国、日本和欧洲等国占第三位，在美国占第二位。因此，金属包装材料的研究在包装材料学中占有重要的地位。一、金属包装材料的发展历史金属包装材料的应用始于公元1200年。17世纪后叶，开始使用镀锡铁皮制作金属桶盛装干燥食品。18世纪人们开始用食品罐贮藏食品。1810年，英国人PeterDurand发明了用马口铁罐贮藏食品的技术，从此马口铁罐诞生了。二次世界大战后，由于锡资源短缺，人们研制出镀锡量少或者无锡的制罐材料。差厚镀锡板、低镀锡板、无锡薄钢板相继问世。现代先进的三片罐制罐方法，大都采用缝焊法和粘接法代替锡焊罐，它有着广阔的发展前景。二、金属包装材料的性能优点强度高。有独特的光泽，便于印刷、装饰良好的综合保护性能金属包装材料资源丰富，加工性能好金属罐生产历史悠久，工艺比较成熟缺点金属及焊料中的Pb、As等易渗入食品中，污染食品；另外，金属离子还会影响食品的风味。当金属容器采用酚醛树脂作为内壁涂料时，若加工工艺不当，也会影响食品的质量。金属包装材料低碳薄钢板镀锡薄钢板非镀锡薄钢板铝合金薄板和铝箔镀铬薄钢板镀铝薄钢板镀锌薄钢板三、常见的金属包装材料（一）低碳薄钢板把含碳量小于0．25％的铁碳合金叫做低碳钢，用低碳钢制作的薄钢板称为低碳薄钢板。我国用于制造包装容器的低碳薄钢板有普通碳素结构钢低碳薄钢板和优质碳素结构钢低碳薄钢板。当金属包装容器的机械性能要求不高且不需要经受深冲压时可选用普通碳素结构钢低碳薄钢板。常用的钢号有A2、AY2、A3、AY3等。当金属包装容器的机械性能要求较高时可选用优质碳素结构钢低碳薄钢板。常用的钢号有08、10等。［性能特点］焊接性能好低碳薄钢板在温度低的条件下轧制时将产生冷作硬化现象，一般要求退火处理。含碳量影响薄钢板的焊接性能和塑性变形能力，随着钢中含碳量的增加，钢的强度增高，塑性下降硅含量增大，钢的强度提高，但镀锡铁皮的耐蚀性能下降。锰是提高钢的强度和硬度的元素，硫、磷是钢中的有害元素，会引起钢的热脆性,但磷可提高其强度和硬度。［几种专用低碳薄钢板的牌号和规格］制造200L油桶用低碳薄钢板对于制造200L油桶我国制造了专用的热轧薄钢板的尺寸标准GB3276－82包装用带钢包装用带钢（打包带钢或打包铁皮）是冷轧带钢中一种专用品，专用于捆扎包装货物的木箱或纸箱。包装用带钢分软性和硬性两种，软性带钢是冷轧后经过退火，大多用地捆扎包装件；硬性带钢是冷轧后不经退火，大多用于捆扎木箱和纸箱。涂料黑铁皮涂料黑铁皮可用于食品饮料罐和玻璃瓶盖。这种一次或两次冷轧低碳薄钢板经酸洗后表面可钝化或不钝化，作罐内壁的表面要涂上特殊的高分子涂料，作罐外壁的表面涂上彩色油墨，涂层厚度和涂印工艺由容器用途决定。（二）镀锡薄钢板又称镀锡板、马口铁，是两面镀有锡的低碳薄钢板。以热浸工艺镀锡的称热浸镀锡板；以电镀工艺镀锡的称是镀锡板；施涂涂料的电镀锡板称为涂料镀锡板（涂料铁）；未涂涂料的电镀锡板称为电素铁［镀锡板的结构］注意：钢基板与锡层之间产生了锡铁合金层。这是在钢板上镀锡后进行软熔处理和钝化处理而产生的，它不仅具有媒介作用，使锡牢固地附着于钢板表面，且可使锡层光亮，补偿镀锡层存在的孔隙，提高钢板耐腐蚀性。马口铁各层结构示意图［表面性能］由镀锡板表面状态所决定的性能有涂饰性、涂膜附着性、锡焊性等。影响涂饰性的因素有涂料的附着性、涂饰条件及镀锡板、表面涂油的数量、所涂油的种类及钝化处理方法。镀锡板同涂油之间的粘合性称镀锡板的涂膜附着性。为获得良好的附着性，涂膜本身的凝集力也必须很高，而此涂料的选择，镀锡板表面的光洁度，锡氧化膜的状态和数量都是影响因素。镀锡板被大量用于制造罐头容器，就是利用它有容易进行锡焊的特性。制造三片锡焊罐时，焊料必须良好地渗透到罐身接缝部分或要焊的部分，而且必须有足够的锡焊强度。镀锡板的性能［机械性能］镀锡板的机械性能是指镀锡原板即钢基板的机械性能。它主要由钢基板的化学成分、轧制工艺和退火工艺来决定。镀锡板的性能［耐腐蚀性］镀锡原板——表面处理锡层——锡层晶粒度锡铁合金层（FeSn2）——腐蚀电池的存在氧化膜——锡层本身氧化生成的氧化膜（SnO2和SnO）及表面处理生成的钝化膜。油层——一般采用棉籽油或癸二酸二酯，油层厚些对防蚀有利，但损害涂料的涂饰性及其它表面性能［涂料镀锡板］涂料镀锡板又称涂料铁罐内涂一层涂料可保证食品质量和延长罐头的保存期。罐外涂印涂料称之外印铁涂料，既可防止锈蚀，又可把商标印刷在罐头外壁上美化和宣传商品。各种涂料有其特性和适用性，国内目前罐头内壁涂料主要有＃214抗硫抗酸涂料、脱模涂料、耐深冲涂料、啤酒饮料专用涂料、＃2126补深涂料，可根据内装物特性要求选择。镀锡板制作三片罐时一般先涂印成涂料铁后再制罐。若罐内壁和外壁都要施涂涂料时，多数先涂内壁再涂外壁［镀锡板的发展方向——节约用锡、降低制罐成本］以低镀锡量代替高镀锡量；提高钢基板的强度，降低镀锡板的厚度，采用二次冷轧镀锡板，现已用于充气的碳酸饮料罐和啤酒罐，今后石面精整的二次冷轧镀锡板将普遍用于食品罐的生产研制各种无锡钢板对黑铁皮进行铬酸盐／磷酸盐表面处理，加上润滑涂料工艺的改进，用于食品和饮料的包装（三）非镀锡薄钢板由于金属锡的资源少，镀锡薄钢板的成本高。为了降低成本，人们一直设法研制镀锡薄钢板的代用品，因而产生了非镀锡薄钢板。非镀锡薄钢板镀铬板镀锌板镀铝板［镀铬薄钢板］镀铬薄钢板又称铬系无锡钢板，简称镀铬板，即TFS板。镀铬板的价格约比镀锡板低10％，它是目前制作食品罐的材料中价格最低的，但是它的耐蚀性终究还是不如镀锡板，主要用于腐蚀性较小的啤酒罐，饮料罐以及食品罐的底盖等，接缝需采用熔接法和粘合法接合。镀铬板的结构［镀铬板的性能和应用］耐蚀性镀铬钢板虽比镀锡钢板对强酸强碱的抗腐蚀性能差些，但对柠檬酸、乳酸、醋酸等弱酸弱碱能起到很好的保护作用当镀路板罐内壁施涂涂料后，耐肉类、鱼类和部分蔬菜中的硫化物导致的硫化腐蚀能力比镀锡钢罐还强。对有机涂料的附着性镀铬板对各种有机涂料的附着力比镀锡钢板普遍都增加3～6倍，宜制造罐底盖和二片拉深罐，美国90％以上二片钢罐采用镀铬板。镀铬板涂料烘烤时，可采用更高的烘烤温度提高涂印的生产率。机械性能由于铬层较薄且韧性差，冲拔加工时表面易损伤，铬层会破裂，不能用通常的双重卷边法加工空罐在罐头封口时，封口部分涂层易裂或擦伤导致生锈，需加补涂。焊接性能罐身接缝不能采用锡焊法，制作三片罐时要采用缝焊法或粘合剂粘接法。因此，镀铬饭应用于三片罐的数量主要取决于制罐工业配置缝焊设备的多少或粘合技术掌握的情况。目前二片拉深罐采用镀铬板的数量逐年增加。［镀锌薄钢板］镀锌薄钢板简称镀锌板，俗称白铁皮，它是在低碳薄钢板上镀一层厚0．02mm以上的锌作为防护层，钢板的防腐蚀能力因而大大提高。依生产方法镀锌板主要分为热镀锌板和电镀锌板。热镀锌板是使钢板通过熔融锌液而镀锌，其镀锌层较厚，通常，镀锌层厚的钢板防腐蚀力强，但锌的镀层过厚影响焊接接头的强度；电镀锌板镀锌层较薄，主要作涂料的底层。包装工业上，热镀锌板是应用较多的一种金属包装材料，用它制造各种较大容量的桶和特殊用途的容器。因其耐腐蚀性和密封性良好，可用于包装粉状、浆伏和液状商品。［镀铝薄钢板］镀铝薄钢板是作为马口铁代用品而开发的新型包装材料。它的价格低廉、抵抗大气腐蚀的性能强、外表美观，适合用于包装固体物品。镀铝薄钢板的制造方法主要有热浸法和蒸发法。热浸法得到的镀铝层较厚，适合制桶；蒸发法得到的铝层较薄，适合制罐。镀铝钢不能用锡焊，可用熔接或粘接的方法制罐。有些食品对铝的腐蚀性比镀锡板强，一般包装非固体物品的镀铝钢要经过瓷漆涂敷并事先经过试验。（四）铝合金薄板和铝箔防銹鋁鉑真空包裝袋防銹鋁鉑包裝膜［铝材的主要优点］适合用于食品包装无毒，无金属异味不会造成蛋白质含硫物质的分解自然生成三氧化二铝的薄膜阻止氧化的进行热传导性能优异，有利于食品罐的加热灭菌和冷冻处理在低温状态（摄氏零度以下），铝的机械性能不降低，因而特别适用于冷冻食品的包装。铝罐的开启性好，强度较好，加工方法简单，表面处理较易，可着色，印刷效果好。铝的比重非常轻，原材料的运输方便。一定厚度的铝箔几乎完全不透气和不透光，用于制造复合薄膜时可有效地保护内装食品，还可以提高塑料薄膜的强度。废料可以回收再利用。［铝材的主要缺点］造价偏高铝是非磁性材料，制罐机械不能利用磁铁吸取材料铝材质地较软，易出现表面缺陷或造成凹陷等目前还没有一种价格便宜，熔点较低，而且对食品卫生无害的无需焊剂的钎料用于铝材的钎焊铝的耐腐蚀性较差，不宜用于盛装酸性、碱性及含盐量多的食品铝材的这些缺点可以通过与其它材料复合来弥补（见复合软包装材料）一、铝合金薄板工业纯铝的铝含量为99％以上，其强度低，应用受到很大限制，所以工业上多采用以铝为基础，加入一种或几种其它元素组成铝合金，其强度和硬度明显提高。包装常用的铝合金薄板材料为铝镁合金和铝锰合金，又称防锈铝合金。其特点是耐腐蚀性强，抛光性好，能长期保持光亮的外观，并且无毒、轻巧耐用，所以广泛用于制作金属包装容器。铝合金薄板的选用铝合金薄板的选用要兼顾包装容器的使用要求和容器的加工特点，为了使制成的食品和饮料空罐和空罐形状稳定，要求材料有一定强度，同时为了使其表面在冲压加工和材料运输过程中不易划伤，要求材料具有一定硬度，因而制罐不能选用极软的“O”型纯铝。不变薄拉深罐常采用3003及5052规格；变薄拉深罐常采用3004－0规格，但近年美国也采用3004－H19硬质铝板，板厚可由0．59mm降到0．36mm，以减轻罐的重量。对易开盖和瓶盖、罐盖其高度小，冲压成型时变形程度小，对塑性要求比罐身材料低，可按耐压强度选用。对于易开盖，如材料塑性高反而使盖子不易沿刻痕处被打开。对盖子的坚固性有要求时，材料的强度应高些，可选用5052、5082及5182。铝质软管是采用反挤压工艺，成型时材料薄，在凸模下承压面积较大，使变形力大。同时挤压的变形程度很大，故采用强度低、延伸率高的纯铝比较合适。二、铝箔透明的铝箔包装膜透明防锈铝箔包装铝箔通常指纯度在99．5％以上的，厚度在0.2mm以下的铝材。用于层合的铝箔厚度在7～15μm之间，铝容器的铝箔厚度多为30～130μm。防锈纯铝箔包裝膜［铝箔的优点］质量极轻遮光性强，对光和热有较高的反射能力，可作防热绝缘包装。隔绝性好，不透气体和水汽，防止包装内装物吸潮、氧化而变质高温和低温时的形状稳定性好易于加工，可对铝箔进行印刷、着色、压花、表面涂布、上胶、上漆及与塑料、纸加工成复合材料。［铝箔的缺点］不能承受较大的载荷，耐折叠性差无封缄性太薄的铝箔易形成针孔并易起皱，但如和纸、塑料制成复合材料，上述问题全可解决，其隔绝性等优点能得到更充分的发挥。