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影響馬口鐵食品罐防腐蝕能力的因素 | 品豐馬口鐵制罐
來源:品豐包裝鐵盒
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作者:pinfeng
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發布時間: 2018-12-10
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馬口鐵制罐?、食品鐵盒的防腐體系是以馬口鐵材料為基材，并在其上涂布一層防腐蝕涂層，再通過制罐補涂或噴涂 工藝進一步完善而成的。因此，馬口鐵包裝鐵盒的防腐蝕性能主要圍繞以下幾方面去考慮。
馬口鐵制罐、食品鐵盒的防腐體系是以馬口鐵材料為基材，并在其上涂布一層防腐蝕涂層，再通過制罐補涂或噴涂 工藝進一步完善而成的。因此，馬口鐵包裝鐵盒的防腐蝕性能主要圍繞以下幾方面去考慮。
1. 馬口鐵 馬口鐵由鋼基、錫鐵合金、錫層、鈍化膜、油膜組成，見圖1。其中鋼基體由優質低碳沸騰鋼組成，錫鐵合金是鍍錫時產生的合金層，錫層為純錫體，鈍化膜則為鈍化處理后形成的鉻化合物，油膜作為防銹層。有關馬口鐵的主要結構和特性見表1。
在馬口鐵的組成中，錫層和鈍化膜對防腐蝕起了關鍵性作用。 一般來說，經過鍍錫的馬口鐵防腐性能可大大提高，鍍錫量越高，防腐能力也越強。但同時還要觀察鍍錫層是否致密均勻（由鍍錫后的軟熔工藝水平決定）、有無氧化皮缺陷（氧化皮是由于鍍錫時環境中有雜質造成的，是馬口鐵防腐蝕的薄弱點）。
值得注意的是，鍍錫層過厚除增加成本外，還會導致馬口鐵的涂布加工適性降低，印鐵廠家應統籌考慮。
為進一步增強鍍錫馬口鐵的抗硫性和抗蝕性，鍍錫后，馬口鐵尚需在重鉻酸鈉溶液中進行化學處理，使鍍錫層的表面生成一層鉻氧化物和鉻氫氧化物，即鈍化膜。從理論上講，鈍化膜越厚，其抗腐蝕性能越強，但同時也會造成后加工過程中防腐涂層的附著力降低，所以，鈍化膜的厚度同樣需要加以注意。 當然，對馬口鐵的生產工藝，印鐵廠家一般是不能直接控制的，但我們有權去選擇生產質量穩定、產品信譽高的馬口鐵生產企業作為合作對象，以保證所采用的馬口鐵其品質符合要求。 順便提一下，對于來料加工的差厚鍍錫馬口鐵，除客戶指定的以外，一般都要將錫層厚的一面作為內涂面，這樣有利于提高食品罐的防腐蝕能力。
2. 防腐蝕涂層 前文已經述及，馬口鐵食品罐的防腐體系中有一層防腐涂層，其成膜物質主要是環氧酚醛樹脂，下面我們就從環氧酚醛樹脂防腐層說起。 在《環氧酚醛型涂復的鍍錫薄鋼板》國家標準（GB 8230—87）中，將環氧酚醛樹脂的涂膜量分為3級，參見表2。
食品罐的防腐蝕能力與防腐涂層的厚度成正比，對于表2中所列的幾種厚度的食品罐，我們建議其適用范圍及涂布工藝可參考表
３。 為了保證涂膜最后的成膜性能，兩涂兩烘或三涂兩烘涂布工藝要求第一次烘干時烘干溫度要比正常的施工溫度低15～30℃。另外，由于涂膜厚度增加會降低涂膜的附著力，因此，在從事涂膜厚度超過A類標準的涂布操作時，一般還要施以配套的內涂底漆作為頭道涂布，以增強涂膜的附著力。
對于盛裝高硫內容物（如蘆筍、蝦蟹、清蒸鰻魚）的馬口鐵食品罐，單純涂布環氧酚醛樹脂還不足以阻止馬口鐵和硫反應生成硫化物，于是，許多廠家采用在內涂料中加入氧化鋅的方法來形成抗高硫涂層。
內涂料與氧化鋅的比例約為10∶1（根據內容物含硫量高低可適當增加或減少氧化鋅的用量），要求根據使用量現配現用，否則，放臵時間過長會增稠變質。
在內涂料中加入氧化鋅的抗硫機理為：通過氧化鋅吸收食品中放出的H2S，反應生成白色的硫化鋅，從而預防H2S和Fe生成黑色的硫化鐵，起到了抗硫作用。氧化鋅粒子呈針狀，還有利于提高涂膜的封閉性。
對于盛裝午餐肉、牛羊肉等內容物的食品罐，除應注意上述因素外，還需在涂膜中加入一些防粘劑（如合成蠟），以防止內容物和防腐涂層粘連。
以上所談到的環氧酚醛樹脂涂布工藝主要用于馬口鐵食品罐的涂布，不提倡用于鋁質食品罐的涂布，因為環氧酚醛樹脂和鋁配合其致密性尚不完全可靠。因此，鋁質易拉罐內涂工藝目前采用的是乙烯類涂料，其致密性較強。
3． 制罐環節 制罐工藝中的焊縫補涂工藝一直是馬口鐵食品罐防腐蝕加工的薄弱環節之一，許多腐蝕都是先攻擊食品罐的焊縫處，再蔓延開來。補涂工藝由于烘道短、加工速度快，要求補涂劑必須能夠快速干燥固化，并具有良好的抗酸抗硫性能。為了保證補涂質量，在采購補涂材料時絕對不能片面地強調節約成本。 當烘道性能不好時，可適當降低制罐速度，以確保補涂料干燥。同時，要注意補涂料和內涂層的潤濕性是否良好，隨時檢驗補涂質量。
為解決補涂工藝存在的不足，許多制罐廠家還在補涂的基礎上采用全噴涂工藝，使得在提高補涂質量的同時也彌補了印鐵制罐中產生的機械傷、灼傷等缺陷，大大提高了食品罐的防腐蝕能力。 需要特別提醒大家注意的一點是：內容物為含酒精類物質（如白酒）的馬口鐵包裝罐，特別容易在焊縫補涂處出現腐蝕問題，如果對自己工廠的補涂質量沒有十分把握的話，接單時應十分謹慎。
四、 有關防腐蝕加工的一些要點
選定了優質馬口鐵、涂料以及制定了合適的加工方案后，最后的工作就是如何在日常施工中保證正確實施防腐工藝，以下問題值得注意。
1. 烘烤溫度 烘烤溫度是制約防腐涂料成膜質量好壞的關鍵因素之一。烘烤的作用是使樹脂中的成膜物質交聯聚合成膜，并將絕大部分的溶劑、助劑加熱蒸發掉。烘烤溫度過低將直接導致樹脂交聯不足、涂膜樹脂高分子間的聚合力降低、涂層致密性和穩定性差，使內容物容易穿透涂膜而對馬口鐵產生腐蝕作用；涂膜硬度也會由于樹脂交聯不充分而受到影響，使得在后加工過程中涂膜面極易產生機械傷，給防腐蝕帶來隱患。烘烤溫度不足甚至會導致部分高沸點溶劑無法完全蒸發而形成殘留物，這是食品罐衛生要求絕對不允許的。但是，烘烤溫度過高也不行，烘烤溫度過高會造成涂膜脆化、過度交聯，最終改變和降低樹脂原有的化學性能，同樣起不到應有的防腐效果。因此，對于所使用的防腐涂料，必須向供應商索要相應的技術及加工條件參數，以正確設定涂料的烘烤溫度。 為了得到正確的烘烤溫度，我們還應該了解和掌握烘房的一些特性。 一般來說，涂料使用說明書上的烘烤溫度指的都是馬口鐵的表面溫度，而馬口鐵的表面溫度往往要比烘房的指示溫度低10～20℃,這個溫度差和烘房的性能、生產速度、料片的尺寸均有關，施工時必須充分考慮到這一因素。 測試這個溫度差最好是每半年用五點式溫度測試儀測出烘房的升溫曲線，并調整合格，同時記錄下顯示溫度和實際溫度的差別。條件有限的企業也可以用溫度試紙分不同的烘房區段進行測試。只有這樣，才能保證正確地實施烘烤工藝。
2. 防腐涂料中的樹脂、溶劑和各種助劑 食品罐內壁防腐涂料中除樹脂成分外，尚有其他輔助物質，如：溶劑、稀釋劑、增塑劑等。 這里有必要說明一下溶劑和稀釋劑的區別。 溶劑是指能溶解固態或半固態樹脂以配成有用溶液的液體，主要起溶解樹脂的作用，也稱真溶劑。稀釋劑不能溶解樹脂，但可起到調節黏度和稀釋涂料使之適應涂裝加工的作用，也稱假溶劑。
溶劑和稀釋劑是針對不同樹脂而言的，如二甲苯能溶解聚酰胺樹脂而不能溶解硝化棉纖維樹脂，因此二甲苯對于聚酰胺樹脂來說是溶劑，而對硝化棉纖維樹脂來說只能是稀釋劑。 在生產中，我們最關心的是溶劑和稀釋劑二者蒸發速率的主從關系，這是因為在烘烤過程中，涂料中的各組分均是同時開始蒸發，但是由于各自的蒸發速率不同，導致涂膜在加熱過程中呈現出不同的性質，而涂膜的最終結構主要依賴蒸發性小的溶劑所發揮的作用。所以，涂料應該選用合適的良溶劑使其最遲蒸發（但必須在烘烤時間內完全蒸發），使樹脂高分子有足夠的時間充分交聯，保證涂層的防腐功能得到最大體現。如果良溶劑過早蒸發，會引起聚合物大分子鏈卷曲，涂膜會呈現不連續現象，從而降低耐蝕性。更甚者，溶劑比稀釋劑更早蒸發，會使樹脂得不到有效溶解而沉淀，最終導致涂膜產生嚴重缺陷，因此要加以注意。
表４列出了一些常用溶劑（或稀釋劑）的蒸發速率等參數，以供生產中參考。 除蒸發速率外，施工中過多的稀釋劑也會降低涂膜的質量。稀釋劑的大量集中揮發還容易產生“針孔”故障，形成露鐵點，對防腐十分不利。 增塑劑可增加涂膜的柔韌度，提高涂膜的附著力，但同時也會降低涂膜耐水、耐堿、耐酸、耐溶劑、耐油的能力，所以添加增塑劑時應統籌考慮。 總之，添加各種助劑時，如果在沒有自控裝臵的情況下以手工添加，一定要勤加少加，嚴格控制。
3. 其他加工條件 有經驗的印鐵人員都遇到過這種情況，在低溫、濕度大的季節，特別是在南方的陰雨天氣下，馬口鐵表面會有一層薄薄的水霧，涂裝時很容易產生“眼孔”，最終使內容物在“眼孔”處形成腐蝕。解決的辦法是將馬口鐵提前幾天運至車間以適應其溫濕度條件，必要時在涂裝前還要低溫烘干馬口鐵的水分。 另外，車間的生產環境力求清潔無塵，如果涂料中含有灰塵或雜質，涂膜會以灰塵為中心產生“眼孔”。涂裝時可增加過濾裝臵。 對涂布膠輥的要求是硬度適中、表面光潔、耐腐蝕，膠輥使用一段時間后，由于溶劑的腐蝕會使其表面出現“花皮”，用這種膠輥施工，涂膜流平差，也很容易產生“眼孔”，可通過研磨膠輥來解決。消除“眼孔”等質量缺陷對防腐蝕有著重要意義。
1. 馬口鐵 馬口鐵由鋼基、錫鐵合金、錫層、鈍化膜、油膜組成，見圖1。其中鋼基體由優質低碳沸騰鋼組成，錫鐵合金是鍍錫時產生的合金層，錫層為純錫體，鈍化膜則為鈍化處理后形成的鉻化合物，油膜作為防銹層。有關馬口鐵的主要結構和特性見表1。
在馬口鐵的組成中，錫層和鈍化膜對防腐蝕起了關鍵性作用。 一般來說，經過鍍錫的馬口鐵防腐性能可大大提高，鍍錫量越高，防腐能力也越強。但同時還要觀察鍍錫層是否致密均勻（由鍍錫后的軟熔工藝水平決定）、有無氧化皮缺陷（氧化皮是由于鍍錫時環境中有雜質造成的，是馬口鐵防腐蝕的薄弱點）。
值得注意的是，鍍錫層過厚除增加成本外，還會導致馬口鐵的涂布加工適性降低，印鐵廠家應統籌考慮。
為進一步增強鍍錫馬口鐵的抗硫性和抗蝕性，鍍錫后，馬口鐵尚需在重鉻酸鈉溶液中進行化學處理，使鍍錫層的表面生成一層鉻氧化物和鉻氫氧化物，即鈍化膜。從理論上講，鈍化膜越厚，其抗腐蝕性能越強，但同時也會造成后加工過程中防腐涂層的附著力降低，所以，鈍化膜的厚度同樣需要加以注意。 當然，對馬口鐵的生產工藝，印鐵廠家一般是不能直接控制的，但我們有權去選擇生產質量穩定、產品信譽高的馬口鐵生產企業作為合作對象，以保證所采用的馬口鐵其品質符合要求。 順便提一下，對于來料加工的差厚鍍錫馬口鐵，除客戶指定的以外，一般都要將錫層厚的一面作為內涂面，這樣有利于提高食品罐的防腐蝕能力。
2. 防腐蝕涂層 前文已經述及，馬口鐵食品罐的防腐體系中有一層防腐涂層，其成膜物質主要是環氧酚醛樹脂，下面我們就從環氧酚醛樹脂防腐層說起。 在《環氧酚醛型涂復的鍍錫薄鋼板》國家標準（GB 8230—87）中，將環氧酚醛樹脂的涂膜量分為3級，參見表2。
食品罐的防腐蝕能力與防腐涂層的厚度成正比，對于表2中所列的幾種厚度的食品罐，我們建議其適用范圍及涂布工藝可參考表
３。 為了保證涂膜最后的成膜性能，兩涂兩烘或三涂兩烘涂布工藝要求第一次烘干時烘干溫度要比正常的施工溫度低15～30℃。另外，由于涂膜厚度增加會降低涂膜的附著力，因此，在從事涂膜厚度超過A類標準的涂布操作時，一般還要施以配套的內涂底漆作為頭道涂布，以增強涂膜的附著力。
對于盛裝高硫內容物（如蘆筍、蝦蟹、清蒸鰻魚）的馬口鐵食品罐，單純涂布環氧酚醛樹脂還不足以阻止馬口鐵和硫反應生成硫化物，于是，許多廠家采用在內涂料中加入氧化鋅的方法來形成抗高硫涂層。
內涂料與氧化鋅的比例約為10∶1（根據內容物含硫量高低可適當增加或減少氧化鋅的用量），要求根據使用量現配現用，否則，放臵時間過長會增稠變質。
在內涂料中加入氧化鋅的抗硫機理為：通過氧化鋅吸收食品中放出的H2S，反應生成白色的硫化鋅，從而預防H2S和Fe生成黑色的硫化鐵，起到了抗硫作用。氧化鋅粒子呈針狀，還有利于提高涂膜的封閉性。
對于盛裝午餐肉、牛羊肉等內容物的食品罐，除應注意上述因素外，還需在涂膜中加入一些防粘劑（如合成蠟），以防止內容物和防腐涂層粘連。
以上所談到的環氧酚醛樹脂涂布工藝主要用于馬口鐵食品罐的涂布，不提倡用于鋁質食品罐的涂布，因為環氧酚醛樹脂和鋁配合其致密性尚不完全可靠。因此，鋁質易拉罐內涂工藝目前采用的是乙烯類涂料，其致密性較強。
3． 制罐環節 制罐工藝中的焊縫補涂工藝一直是馬口鐵食品罐防腐蝕加工的薄弱環節之一，許多腐蝕都是先攻擊食品罐的焊縫處，再蔓延開來。補涂工藝由于烘道短、加工速度快，要求補涂劑必須能夠快速干燥固化，并具有良好的抗酸抗硫性能。為了保證補涂質量，在采購補涂材料時絕對不能片面地強調節約成本。 當烘道性能不好時，可適當降低制罐速度，以確保補涂料干燥。同時，要注意補涂料和內涂層的潤濕性是否良好，隨時檢驗補涂質量。
為解決補涂工藝存在的不足，許多制罐廠家還在補涂的基礎上采用全噴涂工藝，使得在提高補涂質量的同時也彌補了印鐵制罐中產生的機械傷、灼傷等缺陷，大大提高了食品罐的防腐蝕能力。 需要特別提醒大家注意的一點是：內容物為含酒精類物質（如白酒）的馬口鐵包裝罐，特別容易在焊縫補涂處出現腐蝕問題，如果對自己工廠的補涂質量沒有十分把握的話，接單時應十分謹慎。
四、 有關防腐蝕加工的一些要點
選定了優質馬口鐵、涂料以及制定了合適的加工方案后，最后的工作就是如何在日常施工中保證正確實施防腐工藝，以下問題值得注意。
1. 烘烤溫度 烘烤溫度是制約防腐涂料成膜質量好壞的關鍵因素之一。烘烤的作用是使樹脂中的成膜物質交聯聚合成膜，并將絕大部分的溶劑、助劑加熱蒸發掉。烘烤溫度過低將直接導致樹脂交聯不足、涂膜樹脂高分子間的聚合力降低、涂層致密性和穩定性差，使內容物容易穿透涂膜而對馬口鐵產生腐蝕作用；涂膜硬度也會由于樹脂交聯不充分而受到影響，使得在后加工過程中涂膜面極易產生機械傷，給防腐蝕帶來隱患。烘烤溫度不足甚至會導致部分高沸點溶劑無法完全蒸發而形成殘留物，這是食品罐衛生要求絕對不允許的。但是，烘烤溫度過高也不行，烘烤溫度過高會造成涂膜脆化、過度交聯，最終改變和降低樹脂原有的化學性能，同樣起不到應有的防腐效果。因此，對于所使用的防腐涂料，必須向供應商索要相應的技術及加工條件參數，以正確設定涂料的烘烤溫度。 為了得到正確的烘烤溫度，我們還應該了解和掌握烘房的一些特性。 一般來說，涂料使用說明書上的烘烤溫度指的都是馬口鐵的表面溫度，而馬口鐵的表面溫度往往要比烘房的指示溫度低10～20℃,這個溫度差和烘房的性能、生產速度、料片的尺寸均有關，施工時必須充分考慮到這一因素。 測試這個溫度差最好是每半年用五點式溫度測試儀測出烘房的升溫曲線，并調整合格，同時記錄下顯示溫度和實際溫度的差別。條件有限的企業也可以用溫度試紙分不同的烘房區段進行測試。只有這樣，才能保證正確地實施烘烤工藝。
2. 防腐涂料中的樹脂、溶劑和各種助劑 食品罐內壁防腐涂料中除樹脂成分外，尚有其他輔助物質，如：溶劑、稀釋劑、增塑劑等。 這里有必要說明一下溶劑和稀釋劑的區別。 溶劑是指能溶解固態或半固態樹脂以配成有用溶液的液體，主要起溶解樹脂的作用，也稱真溶劑。稀釋劑不能溶解樹脂，但可起到調節黏度和稀釋涂料使之適應涂裝加工的作用，也稱假溶劑。
溶劑和稀釋劑是針對不同樹脂而言的，如二甲苯能溶解聚酰胺樹脂而不能溶解硝化棉纖維樹脂，因此二甲苯對于聚酰胺樹脂來說是溶劑，而對硝化棉纖維樹脂來說只能是稀釋劑。 在生產中，我們最關心的是溶劑和稀釋劑二者蒸發速率的主從關系，這是因為在烘烤過程中，涂料中的各組分均是同時開始蒸發，但是由于各自的蒸發速率不同，導致涂膜在加熱過程中呈現出不同的性質，而涂膜的最終結構主要依賴蒸發性小的溶劑所發揮的作用。所以，涂料應該選用合適的良溶劑使其最遲蒸發（但必須在烘烤時間內完全蒸發），使樹脂高分子有足夠的時間充分交聯，保證涂層的防腐功能得到最大體現。如果良溶劑過早蒸發，會引起聚合物大分子鏈卷曲，涂膜會呈現不連續現象，從而降低耐蝕性。更甚者，溶劑比稀釋劑更早蒸發，會使樹脂得不到有效溶解而沉淀，最終導致涂膜產生嚴重缺陷，因此要加以注意。
表４列出了一些常用溶劑（或稀釋劑）的蒸發速率等參數，以供生產中參考。 除蒸發速率外，施工中過多的稀釋劑也會降低涂膜的質量。稀釋劑的大量集中揮發還容易產生“針孔”故障，形成露鐵點，對防腐十分不利。 增塑劑可增加涂膜的柔韌度，提高涂膜的附著力，但同時也會降低涂膜耐水、耐堿、耐酸、耐溶劑、耐油的能力，所以添加增塑劑時應統籌考慮。 總之，添加各種助劑時，如果在沒有自控裝臵的情況下以手工添加，一定要勤加少加，嚴格控制。
3. 其他加工條件 有經驗的印鐵人員都遇到過這種情況，在低溫、濕度大的季節，特別是在南方的陰雨天氣下，馬口鐵表面會有一層薄薄的水霧，涂裝時很容易產生“眼孔”，最終使內容物在“眼孔”處形成腐蝕。解決的辦法是將馬口鐵提前幾天運至車間以適應其溫濕度條件，必要時在涂裝前還要低溫烘干馬口鐵的水分。 另外，車間的生產環境力求清潔無塵，如果涂料中含有灰塵或雜質，涂膜會以灰塵為中心產生“眼孔”。涂裝時可增加過濾裝臵。 對涂布膠輥的要求是硬度適中、表面光潔、耐腐蝕，膠輥使用一段時間后，由于溶劑的腐蝕會使其表面出現“花皮”，用這種膠輥施工，涂膜流平差，也很容易產生“眼孔”，可通過研磨膠輥來解決。消除“眼孔”等質量缺陷對防腐蝕有著重要意義。
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