书城工业食品包装学
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第10章 食品包装材料及容器(6)

影响镀锡板机械性能的因素很多,如钢基板成分、冶炼、轧制方法及质量、制板加工的退火处理及平整加工工艺和质量等。镀锡板的钢基板按成分不同分为D、L、MR、MC型等几种,其中L、MR型杂质含量少、强度不高塑性好,所制成的镀锡板调质度低;MC型钢基板含磷较高,强度高塑性低,所制成的镀锡板调质度高。

(2)镀锡板的耐腐蚀性。不同食品对镀锡板包装容器的耐腐蚀性有不同要求。镀锡板的耐腐蚀性与构成镀锡板每一结构层的耐腐蚀性都有关。

①钢基板:钢基板的耐腐蚀性能主要取决于钢基板的成分、非金属夹杂物的数量和表面状态。钢基板中含磷、硫、铜等一般都将对其耐腐蚀性带来有害的影响,但是包装有些食品时又表现出特殊的情况,如包装橘子类含柠檬酸的食品时,可用含铜稍多钢基板的镀锡板容器;灌装可口可乐类含CO2饮料时,可用含硫稍多钢基板的镀锡板容器,表现出较好的耐腐蚀性。

②锡层:要求镀锡完全覆盖钢基板表面,但实际镀锡层存在许多针孔,其中暴露出钢基板的孔隙称露铁点。镀锡板上露铁点的多少用孔隙度表示:即每平方分米上孔隙数或孔隙面积。镀锡板上的露铁点在有腐蚀性溶液存在的条件下将发生电化学腐蚀,镀锡板孔隙度多会加速锡层溶解,结果加快钢基板腐蚀的速度。镀锡板孔隙度的大小与镀锡工艺和质量、镀锡层厚度有关,加工和使用中机械刮伤所产生的连续破坏锡层也将严重影响镀锡板的耐腐蚀性。

③锡铁合金层:处于钢基板和锡层之间的锡铁合金层的主要成分是锡铁金属化合物FeSN2,锡层不连续的孔隙暴露出的并不都是钢基表面,更多的是锡铁合金层。在酸性水果汁液等介质中锡铁合金层的电位比铁高,它和锡层偶合,构成受FeSN2合金层的极化程度控制的一种阴极控制型腐蚀体系,此时,若FeSN2层不连续,钢基体暴露增多,FeSN2极化程度减小,结果加快锡的溶解速度。所以,提高FeSN2合金层的连续性和致密性可以有效地提高镀锡板的耐腐蚀性能。

④氧化膜:镀锡板表面的氧化膜有两种,一种是锡层本身氧化形成的SnO2和SnO,另一种是镀锡板钝化处理后形成的含铬化合物钝化膜。SnO2是个稳定的氧化物,而SnO是不稳定的化物,所以两者数量的多少将影响镀锡板的耐腐蚀性。含铬纯化膜使镀锡板的耐腐蚀性大大提高,且钝化膜的含铬量越多,耐腐蚀性越好,它可有效地抑制锡氧化变黄,硫化变黑。

⑤油膜:镀锡板表面的油膜将板与腐蚀性环境相隔开,防止锡层被氧化发黄,防止水汽使镀锡板生锈。此外,油膜在镀锡板使用和制罐中起润滑剂作用,可有效地防止加工、运输过程中的锡层擦伤破损,导致镀锡板的腐蚀。油膜也会对制罐加工、表面涂饰加工带来不利影响。

3.镀锡板的主要技术规格

(1)镀锡板的尺寸和厚度规格。为方便生产和使用,镀锡板长宽尺寸已规范,板宽系列为775、800、850、875、900、950、1000、1025、1050mm,板长一般与板宽差在200mm内可任意选用。镀锡板厚度系列为0.2、0.23、0.25、0.28四种,且板厚偏差一般不超过0.015mm,同一张板厚度偏差不超过0.01mm。国际上镀锡板厚度采用重量/基准箱法表示,即规定112张20英寸×14英寸或56张20英寸×28英寸(1英寸≈2.54cm)的镀锡板为一基准箱,根据一基准箱镀锡板重量大小表示板厚,重量/基准箱重量大,板厚度也大。

(2)镀锡板的镀锡量。镀锡量的大小表示镀锡层的厚度,是选用镀锡板的重要参数。镀锡量以单位面积上所镀锡的重量表示(g/m2)。另一种表示法是以一基准箱镀锡板上镀锡总量(磅)乘100后所得的数字为镀锡量的标号,如1磅/1基准箱的镀锡量标为#100(相当于11.2g/m2),标号越大表示镀锡层厚。对两面镀锡量不等的镀锡板,用两组数分别表示两面的镀锡量,如#100/#25即11.2/2.8g/m2。

4.镀锡板的分类及代号

镀锡板种类很多,主要按镀锡量、调质度、表面状况、钝化方法、涂油量及表面质量等不同分类。

5.涂料镀锡板

镀锡板具有的耐腐蚀性时常不能满足某些食品包装的需要,如富含蛋白质的鱼、肉食品,在高温加热中蛋白质分解产生硫化氢对镀锡罐壁产生化学腐蚀作用,与露铁点发生作用形成硫化铁,对食品产生污染;高酸性食品对罐壁腐蚀产生氢胀和穿孔;有色果蔬因罐内壁溶出的二价锡离子作用将发生褪色现象;有的食品还出现金属味等。为此,采用在镀锡板上涂覆涂料,将食品与镀锡板隔离,以减少它们之间的接触反应。表面涂料优良的耐腐蚀效果已使其用到其他金属薄板表面,广泛应用于食品包装。

(1)涂料镀锡板的主要质量要求。涂料镀锡板是由镀锡板经钝化、表面净化处理、喷涂料、烘烤固化而制成;一般涂层厚在12g/m2以下,涂料层表面应连续光滑、色泽均匀一致、无杂质油污和涂料堆积等现象。涂料板耐腐蚀性很重要的因素之一是涂层的连续性;涂层不连续的地方为眼孔,眼孔处出现露铁点时,在腐蚀环境下会发生快速深入的铁腐蚀。

(2)食品包装对涂料的要求。

①无味、无臭、无毒,不影响食品品质和风味。

②有良好的机械性能,涂料随同镀锡板进行成型加工时能承受冲压、弯曲等作用,不破裂、脱落。

③有足够的耐热性,能承受制罐加工、罐装食品热杀菌加工等的高温作用而不变色、不起泡、不剥离。

④施涂加工方便,涂层干燥迅速,与镀锡板间有良好亲润性以保证涂层质量。

(3)常用涂料。目前可选用的涂料种类很多,按其制成的容器是否与食品接触,分内涂料和外涂料;按涂料涂覆的顺序不同分为底涂料和面涂料;用于容器接缝或涂层破损处施涂的为补涂料;适合制罐加工要求的一般涂料和冲拔罐涂料。根据食品特性及其包装保护要求将所用的内涂料分为抗酸涂料、抗硫涂料、抗酸抗硫两用涂料、抗粘涂料、啤酒饮料专用涂料及其他专用涂料等。

(二)无锡薄钢板

锡为贵金属,故镀锡板成本较高。为降低产品包装成本,在满足使用要求前提下由无锡薄钢板替代马口铁用于食品包装,主要品种有镀铬薄钢板、镀锌板和低碳钢薄板。

1.镀铬薄钢板

(1)镀铬板的结构和制造。镀铬板是由钢基板、铬层、水合氧化铬层和油膜构成。

镀铬板的制造与镀锡板基本相同,只是将钢基板表面镀锡改为镀络,主要制造工序为:钢板轧制→电解清洗→退火→平整清洗→电镀铬→钝化处理→清洗干燥→涂油→成品。

(2)镀铬板的性能和使用。

①镀铬板的机械性能:镀铬板的机械性能与镀锡板相差不大,其综合机械性能也以调质度表示。

②镀铬板的耐腐蚀性:镀铬板也有较好的耐腐蚀性,但比镀锡板稍差。铬层和氧化铬层对柠檬酸、乳酸、醋酸等弱酸、弱碱有很好的抗蚀作用,但不能抗强酸、强碱的腐蚀。所以镀铬板通常施加涂料后使用。而涂料镀铬板具有比涂料镀锡板更好耐腐蚀性。使用镀铬板时尤要注意剪切断口极易腐蚀,必须加涂料以完全覆盖。

③镀铬板的加工性能:因镀铬层韧性较差,所以冲拔、盖封加工时表面铬层易损伤破裂,不能适应冲拔、减薄、多级拉深加工。镀铬板不能锡焊,制罐时接缝需采用熔接或粘接。镀铬板表面涂料施涂加工性好,涂料在板面附着力强,比镀锡板表涂料附着力高3~6倍,适宜用于制造罐底、盖和二片罐,而且可采用较高温度烘烤。

④价格便宜:镀铬板加涂料后具有的耐蚀性比镀锡板高,价格比镀锡板低10%左右,具有较好的经济性,其使用量逐渐扩大。

2.镀锌薄钢板

镀锌薄钢板是在低碳钢基板表面镀上一层厚0.02mm以上的锌构成的金属板材,其制造过程为:低碳钢板→轧制→清洗→退火处理→热浸镀锌→冷却→冲洗→拉伸矫直。镀锌板也可经电镀锌制成,锌层较热浸镀锌板薄,且防护层中不出现锌铁合金层。所以电镀锌板的成型加工性能较热浸镀锌板好,可焊性较好,但是耐腐蚀性不如热浸镀锌板。镀锌板主要用作大容量的包装桶。

3.低碳薄钢板

低碳薄钢板是指含碳量<0.25%,厚度为0.35~4mm的普通碳素钢或优质碳素结构钢的钢板。低碳使低碳薄钢板塑性性能好,易于成型加工和接缝的焊接加工,制成容器有较好的强度和刚性,而且价格便宜。低碳薄钢板表面加特殊涂料后用于灌装饮料或其他食品,还可以将其制成窄带来捆扎纸箱、木箱或包装件。

(三)铝质包装材料

铝质(Aluminium)包装材料的包装性能优良,且资源丰富,广泛用于食品包装。

1.铝质材料的一般包装特性

(1)优良的阻挡气、汽、水、油的透过性能,良好的光屏蔽性,反光率达80%以上,包装食品将能起很好的保护作用。

(2)良好的热性能。耐热、导热性能好,导热系约为钢的3倍,耐热冲击,可适应包装食品加热杀菌和低温冷藏处理要求,且减少能耗。

(3)重量轻。铝是轻金属,比重为2.7g/cm3,约为钢材的1/3,用作食品包装材料可降低贮运费用,方便包装商品的流通和消费。

(4)具有银白色金属光泽,易美化装饰,用于食品包装有很好商业效果。

(5)良好的耐腐蚀性。

铝在空气中易氧化形成组织致密、坚韧的氧化铝(Al2O3)薄膜,从而保护内部铝材料,避免被继续氧化。采用钝化处理可获得更厚的氧化铝膜,能起更好的抗氧化腐蚀作用。但铝抗酸、碱、盐的腐蚀能力较差,尤其杂质含量高时耐蚀性更低。当Al中加入如Mn、Mg合金元素时可构成防锈铝合金,其耐蚀性能有很大提高。

(6)较好的机械性能。工业纯铝强度比钢低,为提高强度,可在纯铝中加入少量合金元素如Cu、Mg等形成铝合金,或通过变形硬化提高强度。铝的强度不受低温影响,特别适用于冷冻食品的包装。铝的塑性很好,易于通过压延制成铝薄板、铝箔等包装材料,铝薄板、铝箔容易加工并可进一步制成灌装各类食品的成型容器。

(7)工业纯铝易于制成铝薄并可与纸、塑料膜复合,制成具有良好综合包装性能的复合包装材料。

(8)铝的原料资源丰富,然而炼铝耗量巨大,铝材制造工艺复杂,故铝质包装材料价格较高,但铝质包装废弃物可回收再利用,在减少包装废弃物对环境污染的同时可节约资源和能源。

2.铝质包装材料的种类及应用

用于食品包装的铝质材料主要包括工业纯铝和铝合金两大类。工业纯铝指含铝>99.0%的纯铝,按铝的纯度不同分为L1、L2、L3、L4、L5、L6、L51(或L5-1)几种,其含杂质依次增高。包装用铝合金主要为铝中加入少量锰、镁的合金(称防锈铝),使用较多的是防锈铝LF2(铝镁合金)和LF21(铝锰合金)。这些铝材可分别加工成铝薄板、铝箔和铝丝用于食品包装。

(1)铝薄板。将工业纯铝或防锈铝合金制成厚度为0.2mm以上的板材称铝薄板。铝薄板的机械性能和耐腐蚀性能与其成分关系密切。铝薄板与镀锡板一样,也是用调质度来表示它的综合机械性能,其调质度按AA标记法(美国铝协会标准)分为“O”和“H”型两类。“O”型调质度的铝薄板是强度低、塑性很好的极软铝材,主要用于制箔。“H”型调质度的铝薄板按调质度不同分为H1X、H2X、H3X,其中X=1~9,X数字越大的板材强度越高;“H”型调质度铝薄板中调质度较低的用来制软管,调质度较高的用做罐盖、易拉盖。深拉变薄罐选用塑性好的材料。

(2)铝箔。铝箔是一种用工业纯铝薄板经多次冷轧、退火加工制成的金属箔材,食品包装用铝箔厚度一般为0.05~0.07mm,与其他材料复合时所用铝箔厚度为0.03~0.05mm,甚至更薄。铝材的杂质含量及轧制加工时产生的氧化物或轧辊上的硬压物等,会使铝箔出现针眼而影响铝箔的阻透性能。铝箔越薄针眼出现的可能性越大、数量越多。一般认为厚度<0.015mm的铝箔不能完全阻挡气、水的透过,厚度≥0.015mm铝箔的气体透过系数为0。

铝箔很容易受到机械损伤及腐蚀,所以铝箔较少单独使用,通常与纸,塑料膜等材料复合使用。采用不同加工方法可获得压花铝箔、彩箔、树脂涂覆箔及与其他材料贴合箔等多种铝加工箔。压花铝箔、彩箔可直接用来裹包食品,尤其用于礼品包装。

铝箔复合膜材料具有优良的耐蚀、阻透、光屏蔽、密封性能,且强度好,所以大量用于食品的真空、充气包装,如制成蒸煮袋,制作多层复合袋,制软管,做泡罩包装的盖材,制作杯、盒、盘的盖材,制成浅盘盒及制商标等。

为了减少铝箔材料的用量,在塑料膜或纸上采用真空镀铝膜的方法制成铝复合膜包装材料,这种复合膜的阻隔性比铝箔差,但耐折性、热封性比铝箔好,而与前述的铝复合膜材料比,真空镀铝复合膜的阻气性、反射紫外光性能稍差,但成本低。