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第10章 食品包裝材料及容器(6)

影響鍍錫板機械性能的因素很多,如鋼基板成分、冶煉、軋制方法及質量、制板加工的退火處理及平整加工工藝和質量等。鍍錫板的鋼基板按成分不同分為D、L、MR、MC型等幾種,其中L、MR型雜質含量少、強度不高塑性好,所制成的鍍錫板調質度低;MC型鋼基板含磷較高,強度高塑性低,所制成的鍍錫板調質度高。

(2)鍍錫板的耐腐蝕性。不同食品對鍍錫板包裝容器的耐腐蝕性有不同要求。鍍錫板的耐腐蝕性與構成鍍錫板每一結構層的耐腐蝕性都有關。

①鋼基板:鋼基板的耐腐蝕性能主要取決于鋼基板的成分、非金屬夾雜物的數量和表面狀態。鋼基板中含磷、硫、銅等一般都將對其耐腐蝕性帶來有害的影響,但是包裝有些食品時又表現出特殊的情況,如包裝橘子類含檸檬酸的食品時,可用含銅稍多鋼基板的鍍錫板容器;灌裝可口可樂類含CO2飲料時,可用含硫稍多鋼基板的鍍錫板容器,表現出較好的耐腐蝕性。

②錫層:要求鍍錫完全覆蓋鋼基板表面,但實際鍍錫層存在許多針孔,其中暴露出鋼基板的孔隙稱露鐵點。鍍錫板上露鐵點的多少用孔隙度表示:即每平方分米上孔隙數或孔隙面積。鍍錫板上的露鐵點在有腐蝕性溶液存在的條件下將發生電化學腐蝕,鍍錫板孔隙度多會加速錫層溶解,結果加快鋼基板腐蝕的速度。鍍錫板孔隙度的大小與鍍錫工藝和質量、鍍錫層厚度有關,加工和使用中機械刮傷所產生的連續破壞錫層也將嚴重影響鍍錫板的耐腐蝕性。

③錫鐵合金層:處于鋼基板和錫層之間的錫鐵合金層的主要成分是錫鐵金屬化合物FeSN2,錫層不連續的孔隙暴露出的并不都是鋼基表面,更多的是錫鐵合金層。在酸性水果汁液等介質中錫鐵合金層的電位比鐵高,它和錫層偶合,構成受FeSN2合金層的極化程度控制的一種陰極控制型腐蝕體系,此時,若FeSN2層不連續,鋼基體暴露增多,FeSN2極化程度減小,結果加快錫的溶解速度。所以,提高FeSN2合金層的連續性和致密性可以有效地提高鍍錫板的耐腐蝕性能。

④氧化膜:鍍錫板表面的氧化膜有兩種,一種是錫層本身氧化形成的SnO2和SnO,另一種是鍍錫板鈍化處理后形成的含鉻化合物鈍化膜。SnO2是個穩定的氧化物,而SnO是不穩定的化物,所以兩者數量的多少將影響鍍錫板的耐腐蝕性。含鉻純化膜使鍍錫板的耐腐蝕性大大提高,且鈍化膜的含鉻量越多,耐腐蝕性越好,它可有效地抑制錫氧化變黃,硫化變黑。

⑤油膜:鍍錫板表面的油膜將板與腐蝕性環境相隔開,防止錫層被氧化發黃,防止水汽使鍍錫板生銹。此外,油膜在鍍錫板使用和制罐中起潤滑劑作用,可有效地防止加工、運輸過程中的錫層擦傷破損,導致鍍錫板的腐蝕。油膜也會對制罐加工、表面涂飾加工帶來不利影響。

3.鍍錫板的主要技術規格

(1)鍍錫板的尺寸和厚度規格。為方便生產和使用,鍍錫板長寬尺寸已規范,板寬系列為775、800、850、875、900、950、1000、1025、1050mm,板長一般與板寬差在200mm內可任意選用。鍍錫板厚度系列為0.2、0.23、0.25、0.28四種,且板厚偏差一般不超過0.015mm,同一張板厚度偏差不超過0.01mm。國際上鍍錫板厚度采用重量/基準箱法表示,即規定112張20英寸×14英寸或56張20英寸×28英寸(1英寸≈2.54cm)的鍍錫板為一基準箱,根據一基準箱鍍錫板重量大小表示板厚,重量/基準箱重量大,板厚度也大。

(2)鍍錫板的鍍錫量。鍍錫量的大小表示鍍錫層的厚度,是選用鍍錫板的重要參數。鍍錫量以單位面積上所鍍錫的重量表示(g/m2)。另一種表示法是以一基準箱鍍錫板上鍍錫總量(磅)乘100后所得的數字為鍍錫量的標號,如1磅/1基準箱的鍍錫量標為#100(相當于11.2g/m2),標號越大表示鍍錫層厚。對兩面鍍錫量不等的鍍錫板,用兩組數分別表示兩面的鍍錫量,如#100/#25即11.2/2.8g/m2。

4.鍍錫板的分類及代號

鍍錫板種類很多,主要按鍍錫量、調質度、表面狀況、鈍化方法、涂油量及表面質量等不同分類。

5.涂料鍍錫板

鍍錫板具有的耐腐蝕性時常不能滿足某些食品包裝的需要,如富含蛋白質的魚、肉食品,在高溫加熱中蛋白質分解產生硫化氫對鍍錫罐壁產生化學腐蝕作用,與露鐵點發生作用形成硫化鐵,對食品產生污染;高酸性食品對罐壁腐蝕產生氫脹和穿孔;有色果蔬因罐內壁溶出的二價錫離子作用將發生褪色現象;有的食品還出現金屬味等。為此,采用在鍍錫板上涂覆涂料,將食品與鍍錫板隔離,以減少它們之間的接觸反應。表面涂料優良的耐腐蝕效果已使其用到其他金屬薄板表面,廣泛應用于食品包裝。

(1)涂料鍍錫板的主要質量要求。涂料鍍錫板是由鍍錫板經鈍化、表面凈化處理、噴涂料、烘烤固化而制成;一般涂層厚在12g/m2以下,涂料層表面應連續光滑、色澤均勻一致、無雜質油污和涂料堆積等現象。涂料板耐腐蝕性很重要的因素之一是涂層的連續性;涂層不連續的地方為眼孔,眼孔處出現露鐵點時,在腐蝕環境下會發生快速深入的鐵腐蝕。

(2)食品包裝對涂料的要求。

①無味、無臭、無毒,不影響食品品質和風味。

②有良好的機械性能,涂料隨同鍍錫板進行成型加工時能承受沖壓、彎曲等作用,不破裂、脫落。

③有足夠的耐熱性,能承受制罐加工、罐裝食品熱殺菌加工等的高溫作用而不變色、不起泡、不剝離。

④施涂加工方便,涂層干燥迅速,與鍍錫板間有良好親潤性以保證涂層質量。

(3)常用涂料。目前可選用的涂料種類很多,按其制成的容器是否與食品接觸,分內涂料和外涂料;按涂料涂覆的順序不同分為底涂料和面涂料;用于容器接縫或涂層破損處施涂的為補涂料;適合制罐加工要求的一般涂料和沖拔罐涂料。根據食品特性及其包裝保護要求將所用的內涂料分為抗酸涂料、抗硫涂料、抗酸抗硫兩用涂料、抗粘涂料、啤酒飲料專用涂料及其他專用涂料等。

(二)無錫薄鋼板

錫為貴金屬,故鍍錫板成本較高。為降低產品包裝成本,在滿足使用要求前提下由無錫薄鋼板替代馬口鐵用于食品包裝,主要品種有鍍鉻薄鋼板、鍍鋅板和低碳鋼薄板。

1.鍍鉻薄鋼板

(1)鍍鉻板的結構和制造。鍍鉻板是由鋼基板、鉻層、水合氧化鉻層和油膜構成。

鍍鉻板的制造與鍍錫板基本相同,只是將鋼基板表面鍍錫改為鍍絡,主要制造工序為:鋼板軋制→電解清洗→退火→平整清洗→電鍍鉻→鈍化處理→清洗干燥→涂油→成品。

(2)鍍鉻板的性能和使用。

①鍍鉻板的機械性能:鍍鉻板的機械性能與鍍錫板相差不大,其綜合機械性能也以調質度表示。

②鍍鉻板的耐腐蝕性:鍍鉻板也有較好的耐腐蝕性,但比鍍錫板稍差。鉻層和氧化鉻層對檸檬酸、乳酸、醋酸等弱酸、弱堿有很好的抗蝕作用,但不能抗強酸、強堿的腐蝕。所以鍍鉻板通常施加涂料后使用。而涂料鍍鉻板具有比涂料鍍錫板更好耐腐蝕性。使用鍍鉻板時尤要注意剪切斷口極易腐蝕,必須加涂料以完全覆蓋。

③鍍鉻板的加工性能:因鍍鉻層韌性較差,所以沖拔、蓋封加工時表面鉻層易損傷破裂,不能適應沖拔、減薄、多級拉深加工。鍍鉻板不能錫焊,制罐時接縫需采用熔接或粘接。鍍鉻板表面涂料施涂加工性好,涂料在板面附著力強,比鍍錫板表涂料附著力高3~6倍,適宜用于制造罐底、蓋和二片罐,而且可采用較高溫度烘烤。

④價格便宜:鍍鉻板加涂料后具有的耐蝕性比鍍錫板高,價格比鍍錫板低10%左右,具有較好的經濟性,其使用量逐漸擴大。

2.鍍鋅薄鋼板

鍍鋅薄鋼板是在低碳鋼基板表面鍍上一層厚0.02mm以上的鋅構成的金屬板材,其制造過程為:低碳鋼板→軋制→清洗→退火處理→熱浸鍍鋅→冷卻→沖洗→拉伸矯直。鍍鋅板也可經電鍍鋅制成,鋅層較熱浸鍍鋅板薄,且防護層中不出現鋅鐵合金層。所以電鍍鋅板的成型加工性能較熱浸鍍鋅板好,可焊性較好,但是耐腐蝕性不如熱浸鍍鋅板。鍍鋅板主要用作大容量的包裝桶。

3.低碳薄鋼板

低碳薄鋼板是指含碳量<0.25%,厚度為0.35~4mm的普通碳素鋼或優質碳素結構鋼的鋼板。低碳使低碳薄鋼板塑性性能好,易于成型加工和接縫的焊接加工,制成容器有較好的強度和剛性,而且價格便宜。低碳薄鋼板表面加特殊涂料后用于灌裝飲料或其他食品,還可以將其制成窄帶來捆扎紙箱、木箱或包裝件。

(三)鋁質包裝材料

鋁質(Aluminium)包裝材料的包裝性能優良,且資源豐富,廣泛用于食品包裝。

1.鋁質材料的一般包裝特性

(1)優良的阻擋氣、汽、水、油的透過性能,良好的光屏蔽性,反光率達80%以上,包裝食品將能起很好的保護作用。

(2)良好的熱性能。耐熱、導熱性能好,導熱系約為鋼的3倍,耐熱沖擊,可適應包裝食品加熱殺菌和低溫冷藏處理要求,且減少能耗。

(3)重量輕。鋁是輕金屬,比重為2.7g/cm3,約為鋼材的1/3,用作食品包裝材料可降低貯運費用,方便包裝商品的流通和消費。

(4)具有銀白色金屬光澤,易美化裝飾,用于食品包裝有很好商業效果。

(5)良好的耐腐蝕性。

鋁在空氣中易氧化形成組織致密、堅韌的氧化鋁(Al2O3)薄膜,從而保護內部鋁材料,避免被繼續氧化。采用鈍化處理可獲得更厚的氧化鋁膜,能起更好的抗氧化腐蝕作用。但鋁抗酸、堿、鹽的腐蝕能力較差,尤其雜質含量高時耐蝕性更低。當Al中加入如Mn、Mg合金元素時可構成防銹鋁合金,其耐蝕性能有很大提高。

(6)較好的機械性能。工業純鋁強度比鋼低,為提高強度,可在純鋁中加入少量合金元素如Cu、Mg等形成鋁合金,或通過變形硬化提高強度。鋁的強度不受低溫影響,特別適用于冷凍食品的包裝。鋁的塑性很好,易于通過壓延制成鋁薄板、鋁箔等包裝材料,鋁薄板、鋁箔容易加工并可進一步制成灌裝各類食品的成型容器。

(7)工業純鋁易于制成鋁薄并可與紙、塑料膜復合,制成具有良好綜合包裝性能的復合包裝材料。

(8)鋁的原料資源豐富,然而煉鋁耗量巨大,鋁材制造工藝復雜,故鋁質包裝材料價格較高,但鋁質包裝廢棄物可回收再利用,在減少包裝廢棄物對環境污染的同時可節約資源和能源。

2.鋁質包裝材料的種類及應用

用于食品包裝的鋁質材料主要包括工業純鋁和鋁合金兩大類。工業純鋁指含鋁>99.0%的純鋁,按鋁的純度不同分為L1、L2、L3、L4、L5、L6、L51(或L5-1)幾種,其含雜質依次增高。包裝用鋁合金主要為鋁中加入少量錳、鎂的合金(稱防銹鋁),使用較多的是防銹鋁LF2(鋁鎂合金)和LF21(鋁錳合金)。這些鋁材可分別加工成鋁薄板、鋁箔和鋁絲用于食品包裝。

(1)鋁薄板。將工業純鋁或防銹鋁合金制成厚度為0.2mm以上的板材稱鋁薄板。鋁薄板的機械性能和耐腐蝕性能與其成分關系密切。鋁薄板與鍍錫板一樣,也是用調質度來表示它的綜合機械性能,其調質度按AA標記法(美國鋁協會標準)分為“O”和“H”型兩類。“O”型調質度的鋁薄板是強度低、塑性很好的極軟鋁材,主要用于制箔?!癏”型調質度的鋁薄板按調質度不同分為H1X、H2X、H3X,其中X=1~9,X數字越大的板材強度越高;“H”型調質度鋁薄板中調質度較低的用來制軟管,調質度較高的用做罐蓋、易拉蓋。深拉變薄罐選用塑性好的材料。

(2)鋁箔。鋁箔是一種用工業純鋁薄板經多次冷軋、退火加工制成的金屬箔材,食品包裝用鋁箔厚度一般為0.05~0.07mm,與其他材料復合時所用鋁箔厚度為0.03~0.05mm,甚至更薄。鋁材的雜質含量及軋制加工時產生的氧化物或軋輥上的硬壓物等,會使鋁箔出現針眼而影響鋁箔的阻透性能。鋁箔越薄針眼出現的可能性越大、數量越多。一般認為厚度<0.015mm的鋁箔不能完全阻擋氣、水的透過,厚度≥0.015mm鋁箔的氣體透過系數為0。

鋁箔很容易受到機械損傷及腐蝕,所以鋁箔較少單獨使用,通常與紙,塑料膜等材料復合使用。采用不同加工方法可獲得壓花鋁箔、彩箔、樹脂涂覆箔及與其他材料貼合箔等多種鋁加工箔。壓花鋁箔、彩箔可直接用來裹包食品,尤其用于禮品包裝。

鋁箔復合膜材料具有優良的耐蝕、阻透、光屏蔽、密封性能,且強度好,所以大量用于食品的真空、充氣包裝,如制成蒸煮袋,制作多層復合袋,制軟管,做泡罩包裝的蓋材,制作杯、盒、盤的蓋材,制成淺盤盒及制商標等。

為了減少鋁箔材料的用量,在塑料膜或紙上采用真空鍍鋁膜的方法制成鋁復合膜包裝材料,這種復合膜的阻隔性比鋁箔差,但耐折性、熱封性比鋁箔好,而與前述的鋁復合膜材料比,真空鍍鋁復合膜的阻氣性、反射紫外光性能稍差,但成本低。

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