第5章 金属、玻璃、陶瓷包装材料及其包装容器.docx

第5章第一节 金属包装材料与容器金属、玻璃、陶瓷包装材料及其容器 金属材料（metal material）用于食品包装有近200年的历史，是现代最重要的四大包装材料之一。 金属包装材料以金属板或箔材为原材料，再加工成各种形式的容器来包装食品。金属包装材料的性能1、高阻隔性能；阻隔气、汽、水、油、光的透过。2、优良的机械性能；抗拉、抗压、抗弯、韧性及硬度。3、容器成型加工性好且生产效率高。4、具有良好的耐高低温性, 良好的导热性、耐热冲击性。5、表面装饰性好。6、包装废弃物易回收处理。食品包装常用金属材料主要分类1 、钢基包装材料镀锡薄钢板(马口铁) 、镀铬薄钢板（TFS板）、涂料板、镀锌板、不锈钢板。2 、铝质包装材料铝合金薄板、铝箔、铝丝等。缺点：化学稳定性差，不耐酸碱腐蚀；价格较贵；重量较大。一、镀锡薄钢板（马口铁 tinplate）镀锡薄钢板结构组成(一) 镀锡薄钢板 镀锡薄钢板是低碳薄钢板表面镀锡而制成的产品 ，简称镀锡板，俗称马口铁板。 大量用于制造包装食品的各种容器，也可为其他材料制成的容器配制容器盖或底。 镀锡板由五部分组成，由内向外依次为钢基板、锡 铁合金层、锡层、氧化膜和油膜组成。1镀锡板各层的厚度、成分和性能（二）镀锡板的主要性能指标1镀锡板的机械性能 通常用调质度作为指标来表示镀锡板的综合机械性能，包括强度、硬度、塑性、韧性等。2镀锡板的耐腐蚀性 镀锡板的耐腐蚀性与构成镀锡板每一层结构的耐腐蚀性都有关。（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。 钢基板表层夹杂物的存在多是有害的，它出现在镀锡板露铁点处时，在腐蚀环境下将加速锡层的腐蚀，接着又将加速钢板的腐蚀。 评价钢基板的耐腐蚀性指标用酸浸时滞值表示：即钢基板浸入盐酸之时起至溶解反应速度恒定时所需的时间（s）。酸浸时滞值越小，表示钢基耐腐蚀性越好。（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小孔，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：每平方分米上孔隙数或孔隙面积。 锡层连续性对耐腐蚀性的影响用铁溶出值表示：指将一定面积的镀锡板在模拟酸性溶液中保持一（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，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。 提高FeSn2合金层的连续性和致密性可以有效的提高镀锡板的耐腐蚀性能。定温度和时间后，测其铁的溶出量。 另外，镀锡层锡的纯度和锡层晶粒大小也将影响锡层的耐腐蚀性。2（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SnO和SnO2；另一种是镀锡板钝化处理形成的含铬化合物钝化膜。 SnO2是稳定的化合物，而SnO是不稳定的化合物，所以两者的数量将影响镀锡板的耐腐蚀性。 含铬钝化膜使镀锡板的耐腐蚀性大大提高，且钝化膜中含铬量越多，耐腐蚀性越好，可有效的抑制锡氧化变黄，硫化变黑，但是钝化膜在pH5的环境中容易脱落。二、无锡薄钢板（一）镀铬薄钢板TFS（tin of free steel） 镀铬板是由钢基板、铬层、水合氧化铬层和油膜构成。1、钢基板；2、铬层；3、氧化铬层；4、油膜（二）镀锌薄钢板（zincplate） 是在低碳钢基板表面镀上一层0.2mm以上的锌层构成的金属板材。 镀锡板主要用作大容量的包装桶。（5）油膜 镀锡板表面的油膜将板与腐蚀性环境相隔开，防止锡层氧化。 油膜在镀锡板的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。镀铬薄钢板性能与使用（1）机械性能 与镀锡钢板相差不大；（2）耐腐蚀性 有较好的耐腐蚀性，但比镀锡板稍差。（3）加工性能 镀铬板不能锡焊，制罐时接缝需采用熔接或黏结。适宜用于制造罐底、盖和两片罐。（4）价格便宜 镀铬板加涂料后具有的耐腐蚀性比镀锡板高，价格便宜低10%左右，具有较好的经济性，其使用量逐渐扩大。（三）低碳薄钢板（low carbon steelplate） 低碳钢板是指含碳量0.25%、厚度为0.35-4.0mm的普通碳素钢或优质碳素结构钢的钢板。 低碳成分决定了低碳钢板塑性性能好，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。 在钢板表面涂覆特殊涂料后用于灌装饮料或其他产品，还可制成窄带用来捆扎纸箱、木箱或包装件。3三 、铝质包装材料 (aluminum) 铝 （aluminum）包装材料的包装性能优良，广泛用于食品包装。 主要是铝合金薄板、铝箔和铝丝。（7）较好的机械力学性能；强度不受低温影响，特别适用于冷冻食品的包装。（8）纯铝易于制成铝箔并可与纸、塑料膜复合，制成具有良好综合包装性能的复合包装材料；（9）价格较高，包装废弃物可回收利用；（10）铝焊接性很差，容器制造采用黏接加工。2、铝箔（AL foil） 一种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； 与其他材料复合时铝箔厚度为0.03-0.05mm；铝箔厚度0.015mm不能完全阻挡气、水的透过；铝箔厚度0.015mm的气体透过系数为0。铝箔很容（一）铝质包装材料一般包装特性（1）质量轻：铝是轻金属密度为2.7g/cm，约为钢材的1/3；（2）良好的热性能：耐热、导热性能好；（3）优良的阻隔能力：阻气、汽、水、油、光；（4）具有银白金属光泽，易美化装饰；（5）良好的耐大气腐蚀性；（6）成型加工性好；（二）铝质包装材料的种类及应用1、铝薄板 将工业纯铝或铝合金制成厚度0.2mm以上的板材称为铝薄板。 用于易拉罐、罐盖、易拉盖等。铝箔复合膜的特性和用途 铝箔复合膜具有优良的耐蚀、阻透、光屏蔽、密封性能，且强度好。 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，作泡罩包装的盖材，制作杯、盒、盘的盖材，制成浅盘盒及制商标等。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 。4包装用铝箔复合膜的组成与用途2、金属罐的结构 罐按结构分为三片罐和两片罐。两片罐 是罐身与罐底为一体的金属罐，没有罐身接缝，只有一道罐盖与罐身卷封线，密封性比三片罐好。（一）金属罐的分类、结构及规格1、金属罐（metal cans）的分类 食品包装用金属罐按所用材料、罐的结构和外形及制罐工艺进行分类。 按罐是否有涂层分为素铁罐和涂料罐； 按食用时开罐方法不同分为罐盖切开罐、易开盖罐、罐身卷开罐等。三片罐 由罐身、罐底和罐盖3部分组成，罐身有接缝，罐身与罐盖、罐底卷封（二重卷边）。 大型罐的罐身有凸凹加强压圈，起增强罐身强度和刚性作用。 罐底与罐盖的基本结构基本相同，其结构有盖钩圆边、肩胛、外凸筋、斜坡、盖心和密封胶几部分组成。罐盖有普通盖和易拉盖两种。两片罐与三片罐相比的特点： 1、两片罐只有一个封口、无侧缝，密封性好； 2、无焊缝、无污染、表面光洁美观，且可减少接缝 材料25%-30%； 3、两片罐可整圆印刷装饰； 4、重量轻、省材料、容易开口； 5、两片罐更适于短时、高温杀菌； 6、但两片罐的设备投资较大，约为三片罐的8倍5四、金属包装容器罐盖结构三片罐结构1.2.3.4.5.6.罐盖罐身罐身加强筋罐身接缝罐底卷封边3、罐型与规格 按形可分为：圆罐、冲底圆罐、方罐、冲底方罐、椭圆罐、冲底椭圆罐、梯形罐和马蹄形罐。2、金属桶 金属桶一般指容量较大的金属容器，容积一般为30200升。主要用于食品原料及中间产品的贮 运，具有密封性好、强度好、耐热、耐压、耐冲击，包装可靠和可重复使用的优点。 金属桶可用镀锡板、镀锌板、低碳钢板制成。其 中低碳钢板制桶因价格低，使用量大。（二）其他金属容器1、金属软管 金属软管主要由铝质材料制成。 将铝料坯在挤压机经挤压模制成管状，加工管口螺纹，再按需截取管长，然后退火软化，内壁喷涂料、外表印刷制成空软管。 金属软管可进行高温杀菌，开启方便，再封性好，可分批取用内装食品。 适用于果酱、果冻、调味品、蛋糕糖霜等半流体黏稠食品的包装。3、铝箔容器 是指以铝箔为主体材料制成的刚性、半刚性或软性容器。具有质轻美观、阻隔、传热性好等包装特性，即可耐高温杀菌，又可低温冷冻、冷藏，加工性能好，可制成各种形状容器且易彩印。 铝箔容器包装还具有开启使用方便、用后易处理等优点。 铝箔容器主要有皱襞铝箔容器、光壁铝箔容器和铝箔复合膜蒸煮袋三种。6一 、瓶罐玻璃的化学组成及包装特第二节玻璃及其包装容器性 3000多年前埃及人制造出玻璃容器，由此玻璃成为食品及其它物品的包装材料。 玻璃由石英石（主要组分）、纯碱（碳酸钠，助溶剂）、石灰石（碳酸钙，稳定剂）等为主要原料 ，加入澄清剂、着色剂、脱色剂等，经高温炉（14001600）熔融、冷凝而成的非晶体材料。几 种食品包装瓶罐的化学组成（一）瓶罐玻璃的化学组成 用于食品包装的瓶罐玻璃是氧化物玻璃种的钠 -钙-硅系玻璃，主要成分为： SiO2 （60%75%）， Na2O （8%45%）， CaO （7%16%）， Al2O3 （2%8%）， MgO （1%4%）。玻璃的种类： 钠钙玻璃：包装容器的玻璃瓶 铅玻璃：光学玻璃（日光灯管） 硼玻璃：医用注射玻璃瓶及玻璃管（二）瓶罐玻璃的包装特性1、化学稳定性2、物理性能 密度较大，重量大，运输成本高 透光性好 玻璃的导热性能差，热冲击适应能力差 对气、汽、水、油等各种物质有高阻隔性，透过率为 0，是作为食品包装材料的又一突出优点。3、机械性能玻璃硬度高，抗压强度较高，但抗张强度小 ，脆性高，易破碎，抗冲击强度低。4、成型性能加工性能好，可加工各种形状的容器，易于上色，外观光亮，但印刷等二次加工性差。5、原料来源丰富原料价格便宜，具有再回收利用的特点。废弃玻璃可回炉焙炼，再成型玻璃制品。但玻璃加工能耗高。7二、玻璃容器的发展 玻璃容器重量大，易破碎的缺点使传统玻璃容器在食品包装上的应用受到影响，轻量瓶、强化瓶的出现为玻璃容器在包装工业打开了新的局面。（二）强化瓶和强化措施 为改善或提高玻璃容器的抗张强度和冲击强度 ，采取一些强化措施使玻璃容器的强度得以明显提高，强化处理后的玻璃瓶称为强化瓶。 1、物理强化玻璃容器的钢化淬火处理 2、化学强化化学钢化处理（钾离子置换钠离子） 3、表面涂层强化（SnCl4、 TiCl4 ） 4、高分子树脂表面强化一 、陶瓷容器的主要原料（一）轻量瓶 在保持玻璃容器的容量和强度条件下，通过减薄壁厚而减轻重量制得的瓶称轻量瓶。第三节 陶瓷包装材料 我国是使用陶瓷制品历史最悠久的国家，陶瓷制品用作食品包装容器主要有瓶、罐、缸、坛等 ，主要用于酒类、咸菜等腌渍品以及传统风味食品的包装。二 、陶瓷容器的制造1、粘性原料：高岭土、黏土、陶土等。2、减黏性原料：石英、硅砂等。3、助熔性原料：长石、白云石、菱镁矿石等4、釉料：釉是陶瓷坯体表面的一种玻璃态物质。化 学成分与玻璃相似，主要是金属氧化物和废金属氧 化物的硅酸盐溶液组成。釉膜可保护坯体，增加阻气性、阻水性、保香性 、提高使用强度。 陶瓷包装容器的制造工艺： 1、原料配制 2、泥坯成型 3、干燥 4、上釉 5、焙烧8三 、食品包装用陶瓷容器 陶瓷容器的原料组成、成型方法、成型工艺、釉料组成、烧结工艺条件等都会影响陶瓷容器的最终性能。 食 品包装的陶瓷容器主要四 、陶瓷包装容器的特点（1）陶瓷制品的原料丰富，成型工艺简单，便宜；（2）耐火、耐热、耐药性好，可反复使用，废弃物对环境污染小；（3）具有高刚硬性能和高抗压强度；（4）上彩釉陶瓷制品