铁素体型不锈钢443应用于食品接触材料的安全性能研究庞晋山

铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢443443应用于食品接触材料的安全性能研究庞应用于食品接触材料的安全性能研究庞 晋山晋山 基金项目广东检验检疫局科研项目 编号 作 者简介庞晋山 男 新会出入境检验检疫局高级工 程师 博士 第 卷第 期 年 月 铁素体型不锈钢 应用于食品接触材料的安 全性能研究 庞晋山 宋传旺 新会出入境检验检疫局 广东江门 摘要为评价新型铁素体不锈钢 应 用于食品接触材料领域的安全性能 以 和 的迁移量 为表征指标 以 奥氏体不锈钢做为参比 研究铁素体 不锈钢在醋酸溶液及含氯醋酸介质中的重金属迁移行为以及浸泡时 间和温度对迁移量的影响 结果表明 在相同试验条件下 不锈钢的重金属迁移 量要小于 不锈钢中相应元素的迁移量 表明其具有更 高的安全性能 关键词铁素体 不锈钢 重金属 迁移量 安全性能 食品接触材料在使用过程中 其材质中和 表面部分有害物质在食品介质作用下会迁移析出并进入食品中 最 后随食物链进入人体并累积 当达到一定量时就会危害人体健康 许多国家和地区对食品接触材料中有害物质的迁移量 例如重金属 迁移量 进行了规定 中国卫生部于 年 月发布了 食品安全国家标准不锈钢制品 对不锈钢餐厨具中有 害元素迁移量进行了限定 这些规范性文件均要求食品接触材料在正常或可预见的使用条件下 其构成成分转移到食品中的量不得对人类健康造成危害 由于不锈钢具有优良的耐蚀性能和机械性能以及良好的表面特征 所以其在食品接触材料 包括食具容器 餐具和食品加工机械等领 域具有较为广泛的应用 目前 不锈钢食具容器主要采用奥氏体不锈钢 包括铬镍系不锈钢 和铬锰系不锈钢 该类不锈钢具有优良的力学性能和焊接性能 非 常适合食具容器的加工制造 但是随着近年来国际镍价的不断上扬 越来越多的企业开始采用价 格低廉的高锰低镍不锈钢制造食具容器 该类不锈钢耐蚀性能较差 是否适用于食品接触材料存在较大的争议 与此同时 铁素体不锈钢由于其较好的机械物理性能以及较低的价 格 已经开始被应用于食具容器的加工制造 铁素体不锈钢是指以显微组织为体心立方晶体结构 以铁素体组织 为主的不锈钢 其 含量一般在 具有优良的耐蚀性 可焊性 以及加工成型性 由于其价格较低 近年来已在汽车工业 机械设备以及厨房用具等 方面有较广泛的应用 本课题以新型铁素体不锈钢 为研究对象 选用醋酸溶液和含 氯醋酸溶液为模拟液 以铬 镍 铁的迁移量为表征指标 研究其 作为食品接触材料的安全性能 材料与方法 材料与仪器 材料与试剂试样材料宝山钢铁公司生产的铁素体不锈钢 为研 究样品 以 为参比 其化学成分见表 表 试验不锈钢的化学成分 材料 余量 余量冰醋酸 分析纯 市售 蒸馏 水本实验室自制 主要仪器设备电感耦合等离子体原子发射光谱 美 国 公司 试验方法将试样加工成尺寸为 的不锈钢片 用金相砂纸逐级打磨 以保证所有试验样品具有相同的表面状态 并用乙醇溶液清洗数次后用去离子水清洗干净 吹干待用 模拟浸泡液采用 溶液 溶液 将试样放入试验溶液中全浸泡 按照标准 试样在介质中煮沸 后 再放置一定时间后取 出试样 用去离子水清洗干净并晾干 用 型电感耦合等离子体原子发射光谱测定浸泡液中 的迁移量 测定条件为 发射功率 冷却气流量 雾化器工作气压力 蠕动泵转速 扫描时间 测 定 次取平均值 结果与讨论 有害元素在不同介质中的迁移量有害元素的迁移量与不锈钢材质 表面特性以及加工工艺相关 同时模拟液的种类以及试验条件 如 温度和时间等都是决定迁移量大小的重要因素 本试验采用不锈钢原材料作为研究对象 避免器皿加工工艺以及表 面处理等因素的影响 同时严格按照 的试验方法进行迁移量试验 使所研究结果具有可比性 如图 所示 由于铁素体不锈钢 中不含镍 所以其在醋酸介 质中基本没有镍迁移 中铁和铬的迁移量要小于 不锈 钢中相应元素的迁移量 重金属离子在醋酸溶液中的迁移速率取决于不锈钢样品在溶液中的 腐蚀速率和重金属离子在溶液中的扩散速率 而不锈钢良好的耐腐蚀性其表面钝化膜的稳定性和致密性 钝化膜主要由 和 组成 铬的氧化物具有较高的稳 定性 是提高不锈钢耐蚀性能的主要元素 中铬含量大于 中铬的含量 所以在酸性介质中 中重金属迁移量要小 于 中相应元素的迁移量 另外铁素体不锈钢在含氯环境下具有很好地抗蚀性能 所以在含氯 醋酸介质中 的迁移增加量远小于 如图 所示 图 不同材质不锈钢在 醋酸介质中的重金属迁移量 图 氯离子对不同材质重金属迁移量的影响 浸泡时间对迁移量的影响浸泡时间是影响迁移量大小的重要因素 本试验根据 规定的试验方法 测定了不同浸泡时间对迁移量的影响 图 显示了在 醋酸浸泡液中和含氯醋酸中 离子随时间的变 化规律 为不锈钢的基体元素 其在模拟介质中的迁移量可以 用来表征试验材料在该模拟介质中的总迁移行为 重金属在样品煮沸阶段 迁移较为明显 常 温放置阶段 后 迁移趋于平缓 煮沸阶段 在 醋酸介质中 不锈钢中 的迁移速率约 为 不锈钢中 的迁移 速率约为 小于 中重金属 的迁移速率 室温放置阶段 不锈钢中 的迁移速率与 中 的 迁移速率基本相当 在含氯醋酸介质中 内 不锈钢中 的总迁 移速率为 中 的总迁移速率为 表明 在含氯使用环境下具有比 更好的卫生安全性能 浸泡温度对迁移量的影响温度是影响不锈钢中重金属迁移量的重要 因素 一方面温度的提高加剧了不锈钢在醋酸介质中的腐蚀 另一 方面高温下金属离子在介质中扩散系数的提高 进一步提高了重金 属离子的迁移速率 试验选取 和 不锈钢样品在 醋酸介质中不同温度下 放置 测定其 离子的迁移浓度 由图 可知 浸泡温度在 以下时 重金属的迁移 安全 与检测 年第 期图 在不同介质中随时间的迁移量变化 图 温度对迁移量的影响 并不明显 在 时 迁移量明显增大 而在 时迁移行为更加显著 不锈钢表面钝化膜的结构和状态是影响不锈钢迁移行为的内在因素 根据试验结果可以初步认为 在 下钝化膜的破坏并不明显 所以其重金属迁移量较小 当温度达到 时 钝化膜在酸性 介质作用下开始被破坏 部分氧化铁开始溶解迁移 进而少量的氧 化铬也开始迁移析出 当温度达到 时 钝化膜迅速被破坏 金属离子的迁移行为加剧 此外 由于醋酸为离子导体 当温度的升高到一定程度时 电离作 用促进醋酸溶液电导率的提高 进而导致与其接触材料电化学腐蚀 的加剧 腐蚀过程促进重金属迁移行为的加剧 同时醋酸溶液温度的升高 降低了溶解氧的浓度 而溶解氧是钝化 膜再修复的必要条件 所以在高温醋酸溶液作用下 不锈钢的钝化 膜无法再修复 导致迁移行为持续进行 相对于 不锈钢 不锈钢在高温下迁移量相对较低 结论由于铁素体不锈钢 的主要合金元素为铬 且其含量大于 奥氏体不锈钢 中的铬含量 所以在醋酸介质和含氯醋酸介质 中 中重金属迁移量要小于 中相应元素的迁移量 其在煮沸阶段的重金属迁移速率明显高于常温浸泡阶段 在相同试 验条件下 不锈钢的迁移速率要小于 不锈钢中相应元 素的迁移速率 同时 不锈钢在高温下有害元素的迁移量要小于 不锈 钢相