包装印刷金属包装材料的发展历史与性能

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［机械性性能］镀锡板的的机械性性能是指指镀锡原原板即钢钢基板的的机械性性能。它主要由由钢基板板的化学学成分、、轧制工工艺和退退火工艺艺来决定定。镀锡板的的性能［耐腐蚀蚀性］镀锡原板板——表面处理理锡层——锡层晶粒粒度锡铁合金金层（FeSn2）——腐蚀电池池的存在在氧化膜——锡层本身身氧化生生成的氧氧化膜（（SnO2和SnO）及及表面面处理生生成的钝钝化膜。。油层——一般采用用棉籽油油或癸二二酸二酯酯，油层层厚些对对防蚀有有利，但但损害涂涂料的涂涂饰性及及其它表表面性能能［涂料镀镀锡板］］涂料镀锡锡板又称称涂料铁铁罐内涂一一层涂料料可保证证食品质质量和延延长罐头头的保存存期。罐外涂印印涂料称称之外印印铁涂料料，既可可防止锈锈蚀，又又可把商商标印刷刷在罐头头外壁上上美化和和宣传商商品。各种涂料料有其特特性和适适用性，，国内目目前罐头头内壁涂涂料主要要有＃214抗硫抗酸酸涂料、、脱模涂涂料、耐耐深冲涂涂料、啤啤酒饮料料专用涂涂料、＃＃2126补深涂料料，可根根据内装装物特性性要求选选择。镀锡板制制作三片片罐时一一般先涂涂印成涂涂料铁后后再制罐罐。若罐罐内壁和和外壁都都要施涂涂涂料时时，多数数先涂内内壁再涂涂外壁［镀锡板板的发展展方向——节约用锡锡、降低低制罐成成本］以低镀锡锡量代替替高镀锡锡量；提高钢基基板的强强度，降降低镀锡锡板的厚厚度，采采用二次次冷轧镀镀锡板，，现已用用于充气气的碳酸酸饮料罐罐和啤酒酒罐，今今后石面面精整的的二次冷冷轧镀锡锡板将普普遍用于于食品罐罐的生产产研制各种无锡锡钢板对黑铁皮进行行铬酸盐／磷磷酸盐表面处处理，加上润润滑涂料工艺艺的改进，用用于食品和饮饮料的包装（三）非镀锡锡薄钢板由于金属锡的的资源少，镀镀锡薄钢板的的成本高。为为了降低成本本，人们一直直设法研制镀镀锡薄钢板的的代用品，因因而产生了非非镀锡薄钢板板。非镀锡薄钢板镀铬板镀锌板镀铝板［镀铬薄钢板］镀铬薄钢板又又称铬系无锡钢板板，简称镀铬板板，即TFS板。镀铬板的价格格约比镀锡板板低10％，它是目前前制作食品罐罐的材料中价价格最低的，，但是它的耐耐蚀性终究还还是不如镀锡锡板，主要用用于腐蚀性较较小的啤酒罐罐，饮料罐以以及食品罐的的底盖等，接接缝需采用熔熔接法和粘合合法接合。镀铬板的结构构［镀铬板的性性能和应用］］耐蚀性镀铬钢板虽比比镀锡钢板对对强酸强碱的的抗腐蚀性能能差些，但对对柠檬酸、乳乳酸、醋酸等等弱酸弱碱能能起到很好的的保护作用当镀路板罐内内壁施涂涂料料后，耐肉类类、鱼类和部部分蔬菜中的的硫化物导致致的硫化腐蚀蚀能力比镀锡锡钢罐还强。。对有机涂料的的附着性镀铬板对各种种有机涂料的的附着力比镀镀锡钢板普遍遍都增加3～6倍，宜宜制造造罐底底盖和和二片片拉深深罐，，美国国90％以上上二片片钢罐罐采用用镀铬铬板。。镀铬板板涂料料烘烤烤时，，可采采用更更高的的烘烤烤温度度提高高涂印印的生生产率率。机械性性能由于铬铬层较较薄且且韧性性差，，冲拔拔加工工时表表面易易损伤伤，铬铬层会会破裂裂，不不能用用通常常的双双重卷卷边法法加工工空罐罐在罐头头封口口时，，封口口部分分涂层层易裂裂或擦擦伤导导致生生锈，，需加加补涂涂。焊接性性能罐身接接缝不不能采采用锡锡焊法法，制制作三三片罐罐时要要采用用缝焊焊法或或粘合合剂粘粘接法法。因因此，，镀铬铬饭应应用于于三片片罐的的数量量主要要取决决于制制罐工工业配配置缝缝焊设设备的的多少少或粘粘合技技术掌掌握的的情况况。目目前二二片拉拉深罐罐采用用镀铬铬板的的数量量逐年年增加加。［镀锌薄钢板板］镀锌薄薄钢板板简称称镀锌锌板，，俗称称白铁皮皮，它是是在低低碳薄薄钢板板上镀镀一层层厚0．02mm以上的的锌作作为防防护层层，钢钢板的的防腐腐蚀能能力因因而大大大提提高。。依生产产方法法镀锌锌板主主要分分为热镀锌锌板和电镀锌锌板。热镀锌锌板是是使钢钢板通通过熔熔融锌锌液而而镀锌锌，其其镀锌锌层较较厚，，通常常，镀镀锌层层厚的的钢板板防腐腐蚀力力强，，但锌锌的镀镀层过过厚影影响焊焊接接接头的的强度度；电镀锌锌板镀镀锌层层较薄薄，主主要作作涂料料的底底层。。包装工工业上上，热热镀锌锌板是是应用用较多多的一一种金金属包包装材材料，，用它它制造造各种种较大大容量量的桶桶和特特殊用用途的的容器器。因因其耐耐腐蚀蚀性和和密封封性良良好，，可用用于包包装粉粉状、、浆伏伏和液液状商商品。。［镀铝薄钢板板］镀铝薄薄钢板板是作作为马马口铁铁代用用品而而开发发的新新型包包装材材料。。它的的价格格低廉廉、抵抵抗大大气腐腐蚀的的性能能强、、外表表美观观，适适合用用于包包装固固体物物品。。镀铝薄钢板板的制造方方法主要有有热浸法和蒸发法。热浸法得到到的镀铝层层较厚，适适合制桶；；蒸发法得到到的铝层较较薄，适合合制罐。镀铝钢不能能用锡焊，，可用熔接接或粘接的的方法制罐罐。有些食品对对铝的腐蚀蚀性比镀锡锡板强，一一般包装非非固体物品品的镀铝钢钢要经过瓷瓷漆涂敷并并事先经过过试验。（四）铝合合金薄板和和铝箔防銹鋁鉑真真空包裝袋袋防銹鋁鉑包包裝膜［铝材的主主要优点］］适合用于食食品包装无毒，无金金属异味不会造成蛋蛋白质含硫硫物质的分分解自然生成三三氧化二铝铝的薄膜阻阻止氧化的的进行热传导性能能优异，有有利于食品品罐的加热热灭菌和冷冷冻处理在低温状态态（摄氏零零度以下）），铝的机机械性能不不降低，因因而特别适适用于冷冻冻食品的包包装。铝罐的开启启性好，强强度较好，，加工方法法简单，表表面处理较较易，可着着色，印刷刷效果好。。铝的比重非非常轻，原原材料的运运输方便。。一定厚度的的铝箔几乎乎完全不透透气和不透透光，用于于制造复合合薄膜时可可有效地保保护内装食食品，还可可以提高塑塑料薄膜的的强度。废料可以回回收再利用用。［铝材的主主要缺点］］造价偏高铝是非磁性性材料，制制罐机械不不能利用磁磁铁吸取材材料铝材质地较较软，易出出现表面缺缺陷或造成成凹陷等目前还没有有一种价格格便宜，熔熔点较低，，而且对食食品卫生无无害的无需需焊剂的钎钎料用于铝铝材的钎焊焊铝的的耐耐腐腐蚀蚀性性较较差差，，不不宜宜用用于于盛盛装装酸酸性性、、碱碱性性及及含含盐盐量量多多的的食食品品铝材材的的这这些些缺缺点点可可以以通通过过与与其其它它材材料料复复合合来来弥弥补补（（见见复复合合软软包包装装材材料料））一、、铝铝合合金金薄薄板板工业业纯纯铝铝的的铝铝含含量量为为99％以以上上，，其其强强度度低低，，应应用用受受到到很很大大限限制制，，所所以以工工业业上上多多采采用用以以铝铝为为基基础础，，加加入入一一种种或或几几种种其其它它元元素素组组成成铝铝合合金金，，其其强强度度和和硬硬度度明明显显提提高高。。包装装常常用用的的铝铝合合金金薄薄板板材材料料为为铝铝镁镁合合金金和和铝铝锰锰合合金金，，又又称称防防锈锈铝铝合合金金。。其其特特点点是是耐耐腐腐蚀蚀性性强强，，抛抛光光性性好好，，能能长长期期保保持持光光亮亮的的外外观观，，并并且且无无毒毒、、轻轻巧巧耐耐用用，，所所以以广广泛泛用用于于制制作作金金属属包包装装容容器器。。铝合合金金薄薄板板的的选选用用铝合合金金薄薄板板的的选选用用要要兼兼顾顾包包装装容容器器的的使使用用要要求求和和容容器器的的加加工工特特点点，，为为了了使使制制成成的的食食品品和和饮饮料料空空罐罐和和空空罐罐形形状状稳稳定定，，要要求求材材料料有有一一定定强强度度，，同同时时为为了了使使其其表表面面在在冲冲压压加加工工和和材材料料运运输输过过程程中中不不易易划划伤伤，，要要求求材材料料具具有有一一定定硬硬度度，，因因而而制制罐罐不不能能选选用用极极软软的的““O””型纯纯铝铝。。不变变薄薄拉拉深深罐罐常常采采用用3003及5052规格格；；变变薄薄拉拉深深罐罐常常采采用用3004－0规格格，，但但近近年年美美国国也也采采用用3004－H19硬质质铝铝板板，，板板厚厚可可由由0．59mm降到到0．36mm，以以减减轻轻罐罐的的重重量量。。对易易开开盖盖和和瓶瓶盖盖、、罐罐盖盖其其高高度度小小，，冲冲压压成成型型时时变变形形程程度度小小，，对对塑塑性性要要求求比比罐罐身身材材料料低低，，可可按按耐耐压压强强度度选选用用。。对对于于易易开开盖盖，，如如材材料料塑塑性性高高反反而而使使盖盖子子不不易易沿沿刻刻痕痕处处被被打打开开。。对对盖盖子子的的坚坚固固性性有有要要求求时时，，材材料料的的强强度度应应高高些些，，可可选选用用5052、5082及5182。铝质质软软管管是是采采用用反反挤挤压压工工艺艺，，成成型型时时材材料料薄薄，，在在凸凸模模下下承承压压面面积积较较大大，，使使变变形形力力大大。。同同时时挤挤压压的的变变形形程程度度很很大大，，故故采采用用强强度度低低、、延延伸伸率率高高的的纯纯铝铝比比较较合合适适。。二、、铝铝箔箔透明明的的铝铝箔箔包包装装膜膜透明明防防锈锈铝铝箔箔包包装装铝箔箔通通常常指指纯纯度度在在99．5％以以上上的的，，厚厚度度在在0.2mm以下下的的铝铝材材。。用于于层层合合的的铝铝箔箔厚厚度度在在7～15μμm之间间，，铝铝容容器器的的铝铝箔箔厚