第六章金属包装材料

17世纪，英、法、瑞典都曾希望建立自己的马口铁工业， 但由于需要大笔资金，所以迟迟未得到发展。直到1811 年，布莱恩.唐金和约翰.霍尔开办马口铁罐头食品之后， 马口铁制造才大规模发展起来。如今全世界每年产锡约25 万吨，1／3以上用来制造马口铁，其中大部分用于罐头食 品业。
1810年：世界第一只马口铁罐由英国人发明，并 取得专利。当时一位制罐专家一天可做60只空罐。
缺点
1）耐腐蚀性差。 2）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。 3）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。
三、在包装中的地位
金属包装材料其应用虽然只有一百多年的历史，但随 着现代化的冶金工业的发展，为工农业各部门提供大量 各种金属，成为各部门现代化生产的基础，广泛使用于 工业产品包装、运输包装和销售包装中，金属包装容器 成为量主要的包装材料之一。
（4）镀铬薄钢板。又称无锡钢板，是制造桶（罐）的主要材料之一， 可部分代替马口铁，主要用于制造食品包装容器如饮料罐等。
2、铝材
铝质包装材料的使用历史较短，但由于铝具有某些比钢优 异的性能，特别是铝资源丰富，铝的提炼方法的改进，近 年发展很快，在某些方面已取代了钢质包装材料。
铝材的主要特点：重量轻、无毒无味、可塑性好、延展性、 冲拔性能优良，在大气和水汽中化学性质稳定，不生锈、 表面洁净有光泽。
（1）冷（热）轧低碳薄钢板。主要用于制造大中型运输包装容器， 如集装箱、钢桶、钢箱等，以及捆扎材料。
（2）镀锌薄钢板。又称白铁皮，是制桶（罐）的材料之一，主要用 于制造工业产品包装容器。
（3）镀锡薄钢板。又称马口铁，是制造桶（罐）的主要材料，大量 用于罐头工业，也可以用来制造其它食品和非食品的桶（罐）容器。
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。
第六章 金属包装材料
教学基本内容：介绍金属包装材料种类和性能；金属包装 容器及制造 。
重点：1.金属的种类 2. 金属包装材料的性能 耐热性、机械性能、光学性能、
化学稳定性 3. 金属包装容器制造 难点：金属的性能 本章节主要教学要求：学生应了解金属包装材料的种类，
掌握其性能和在包装上的应用，熟悉金属包装容器制造方 法。
但镀层一旦被破坏后发生电化学腐蚀时，由于铁比锡活泼， 铁将作为原电池的负极发生氧化反应而损耗，锡的存在将 加快铁的腐蚀速度，所以马口铁与白铁不同，它只能在镀 层完好的情况下才有保护铁的作用。
2、镀锡板的性能
1）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。
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，英国商人Peter Durand发明了用马口铁罐（tin can）贮藏食品
的技术，开创了现代金属包装的纪元。 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
D、钢质包装桶罐基材
不少钢质桶罐均系低碳薄钢板为基材，再经表面防锈镀层而成的板材。 主要有：镀锡薄钢桶（俗称马口铁）、镀锌薄钢板、镀铬薄钢板等。
E 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。
目前在各种包装材料中，日本和欧洲各国，金属约占 14%左右，仅次于纸和塑料包装，占第三位，而美国包 装消费金属材料比塑料要多，约占第二位。我国的金属 材料占包装材料总量的8%左右，仅次于塑料包装材料。
四、 金属包装材料的分类
按材质分类
钢系：主要有低碳薄钢板,镀锡薄钢板, 镀铬薄钢板,镀锌薄钢板等；
第一节 金属包装材料简介
金属包装材料是传统的包装材料之一，在包装材料中占有很重要的地 位。金属包装容器从暂时贮存内装物品的机能演变到今天的食品罐头、 饮料容器、运输包装等；从生产到流通、消费形成一系列的容器，成了 长期保存内装物品的手段，金属容器给人类的工作和生活带来了很大的 变革和进步。
一、金属包装材料的发展历史
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。
提高其强度和硬度。
冷弯试验:是将一定尺寸的薄钢板试样绕着规定的弯心直径 弯曲l80°，试样弯曲处的外侧面及侧面不得有裂缝、裂断 或起层。
杯突试验：是将试样放在圆环上夹紧后，中间球形冲头压 入，将试样压成杯形突起，测定试样发生裂纹时冲头压入 深度。杯突试验能及时反映板料胀形、拉深时的成型性能。
3、低碳薄钢板的用途
二、镀锡薄钢板（tinplate）
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电镀锡板； 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。
马口铁最早产于波希米亚（今捷克和斯洛伐克境内）。该 地自古就盛产金属，工艺先进，且懂得利用水力从事机器 制造，从14世纪起就开始生产马口铁。在很长一段时期内， 这里一直是世界上马口铁的主要产地。当时马口铁主要用 来制造餐具和饮具。
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。 1953年，发明了两片罐，使高速生产成为可能，至70年代，生产速度达到
3600只/min，单生产线可达上亿只/年。
二、金属包装材料的性能
优点
1) 机械性能优良、强度高 。 2）加工性能优良，工工艺成熟，能连续化、自动化生产。 3）具有极优良的综合防护性能。 4）有独特的光泽，便于印刷、装饰 5）金属包装材料资源丰富，能耗和成本也比较低。
铝的不足之处是：在酸、碱、盐介质中不耐蚀，表面需涂 料或镀层才能用作食品容器。且其强度比钢低，成本比钢 高，故铝材主要用于销售包装，很少用在运输包装上。包 装用铝材可以下面几种形式使用。
（1）铝板：为纯铝或铝合金薄板，是制罐材料之一，可 代替部分马口铁，主要用于制作饮料罐。
（2）铝箔：采用纯度在99.5%以上电解铝板，经过压延 制成，厚度在0.2mm以下，一般包装使用的铝箔都是和 其它材料复合使用，作为阻隔层，提高阻隔性能。
马口铁早期称洋铁 (Tin Plate)，正式名称应为镀 锡钢片。因为中国第一批洋铁是于清代中叶自澳门 (Macau)进口，澳门当时音译[马口]，故中国人一 般称之为马口铁。
另外说法：1640年以后英国人将1240年奥地利人 发明的镀锡高钢板从西藏阿里的马口传入中国大陆，料或纸张在其上镀上极薄 的铝层，可成为铝箔的代用品而被广泛地使用。其阻隔性 能比铝箔略差，但耐刺扎性优良，在实用性能方面超过了 铝箔。常用于制作衬袋材料。
第二节 包装用钢铁材料的性能
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。
铝系：主要有铝合金薄板和铝箔
按材料厚度分类
厚度大于或等于 0.2 mm 厚度小于 0.2 mm
1、钢材
钢材来源较丰富，能耗和成本也较低，占金属包装材料的首位。包装 用钢材主要是低碳薄钢板。具有良好的塑性和延展性，制桶制罐工艺 性好，综合防护性能优良。但冲拔性能没有铝材好。钢质包装材料最 大的缺点是耐蚀性差，必须采用表面镀层和涂料等方式才能使用。按 照表面镀层成份和用途的不同，钢桶包装用钢材主要有下面几类：
马口铁各层结构示意图
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。
锡是比铁不活泼的金属，既不被空气氧化又不与水反应， 抗腐蚀能力强。铁片上镀了一薄层锡可起良好的保护作用。
2）机械性能 镀锡板的机械性能是指镀锡原板即钢基板的机械性能。
它主要由钢基板的化学成分、轧制工艺和退火工艺来决定。
3）耐腐蚀性
镀锡原板：表面处理
锡层：锡层晶粒度
锡铁合金层（FeSn2）：腐蚀电池的存在 氧化膜：锡层本身氧化生成的氧化膜（SnO2和SnO）
及表面处理生成的钝化膜。 油层：一般采用棉籽油或癸二酸二酯，油层厚些对防蚀有利，
罐内壁和外壁都要施涂涂料时，多数先涂内壁再涂外壁
5、特性（优点） 1）不透光性
光线除了会引发食品的劣变反应之外，也会引起蛋白质和氨基酸的 变化。而维生素C受到光线照射更容易使其与其它食品成份作用，以 致大量流失。据研究分析显示，透明玻璃瓶装的牛奶，维他命C 的损 失量比深色瓶装的牛奶高14倍，光亦会使牛奶产生氧化异味，以及核 素、甲硫胺酸等裂解而损失营养价值，马口铁罐的不透光使得维他命 C的保存率最高。
用于装贮食品如蜂蜜的钢桶，其内壁必须涂刷有机涂料以防生锈及 溶出重金属离子铅、铁、锌等污染食品，并延长钢桶的使用寿命。近 年来还出现了一种新型液体产品贮运容器——钢塑桶。它由外层为钢 桶和塑料内胆装配而成，此种钢塑桶特别适合于不能用钢桶贮运周转 的腐蚀性较强的化学试剂、药品或液体食品，如酱、醋、饮料等。