金属包装材料历史悠久,镀锡薄钢板(马口铁)包装容器已有150多年的历史。目前 使用的金属包装材料主要是铁和铝两种,主要产品是镀锡薄钢板、无锡钢板、铝和铝箔。 金属包装容器主要有两大类:一类是以铁、铝等为基材的金属板、片加工成型的桶、罐等刚 性容器;另一类是以铝箔为主制成的复合材料软包装容器或半刚性容器。
金属作为包装材料有许多显著的性能和特点,其优点如下:
①优良的阻隔性,不但具有高阻气性、阻光性,还具有优良的防潮性和保香性,能隔 绝有害物质的侵入,能长期保存食品。
②有良好的机械强度和加工适应性。足够的机械强度便于包装操作和商品的流通 贮运。现代金属包装容器的生产有非常高的生产率。镀锡薄钢板三片罐生产线速度可达 1200罐/min,铝质二片罐生产速度高达3600罐/min。高的生产效率可使金属罐以较低的 成本去满足消费者最大量的需求。
③环境适应性好,耐高、低温,耐温、湿度变化,耐压、耐虫害、耐有害物质的侵蚀,且 废弃物处理容易。
④表面装饰性好,具有表面光泽,且可通过表面设计、印刷、装饰以提供理想美观的 表面状态,促进销售。
金属包装材料的缺点如下:
①化学稳定性差,在酸、碱、盐和湿空气的作用下易于锈蚀。包装酸性内容物易被腐 蚀,金属离子易析出而影响食品质量和风味,因此,相应地要求有更好的涂层保护。
②经济性较差,与其他包装材料相比,价格较高,这在一定程度上限制了其应用。
12.2.3.1 常用金属包装材料
(1)镀锡薄钢板(马口铁) 是将薄钢板放入熔融的锡液中热浸或经酸洗后在电解槽 中将其两面镀上薄锡层的低碳钢薄板。金相结构分析镀锡薄钢板由五部分组成,由内向 外依次为:钢基板、锡铁合金层、锡层、氧化膜、油膜。各层厚度、成分及性能见表12-73。
表12-73 镀锡板各构成部分的厚度、成分和性能特点
结构名称 | 厚 度 | 成 分 | 性能特点 | ||
热浸镀锡板 | 电镀锡板 | 热浸镀锡板 | 电镀锡板 | ||
油膜 | 20mg/m2 | 2~5 mg/m2 | 棕榈油 | 棉子油或葵
二酸二辛酯 |
润滑和防锈 |
氧化膜 | 3~5μg/cm2
(单面) |
1~3μg/cm2
(单面) |
氧化亚锡 | 氧化亚锡
氧化锡 氧化铬 金属铬 |
电镀锡板表面钝化膜是经化
学处理生成的,具有防锈、防变 色和防硫化斑作用 |
锡层 | (22.4~44.8)g/m2 | (5.6~22.41)g/cm2 | 纯锡 | 纯锡 | 美观、易焊、耐腐蚀且无毒害 |
锡铁合金层 | 5g/m2 | <1g/m2 | 锡铁合
金结晶 |
锡铁合
金结晶 |
耐腐蚀,如过厚加工性和可焊
性不良 |
钢基板 | 制罐用0.2~0.3mm | 制罐用0.2~0.3mm | 低碳钢 | 低碳钢 | 加工性良好,制罐后具有必要
的强度 |
由于锡的电极电位比铁高,且化学性质稳定,如果镀层完整,且镀层与钢基板结合牢 固,则镀锡层对铁起良好的保护作用。因此,一般食品可直接用镀锡板罐包装,但锡的保 护作用是有限的,对腐蚀性较大的食品,如番茄酱,与锡作用变色的食品如糖水杨梅,含硫 量较多的肉禽类、虾、蟹等水产品类和玉米等与锡作用会产生黑色硫化物的食品,不能直 接使用镀锡板,应采用涂料镀锡板制罐,以将食品与镀锡层隔绝。有关金属罐内涂料可参 阅辅助包装材料部分。
镀锡薄钢板具有美丽的金属光泽,良好的印刷和涂覆适应性,且焊接容易,作为传统 的制罐材料,除制做罐头盒外,还用于制做其他食品罐、盒及玻璃瓶、罐的盖。
对镀锡薄钢板的主要技术要求:
①外观: 有孔隙点、锈斑、露铁点、严重凹坑、边裂、折角等的板材为不合格。
②规格尺寸: 国际上采用毫米作尺寸单位,其宽度取决于冷轧机钢辊的宽度。板厚 可用测厚仪直接测量,也可以用每基箱质量表示。基箱是一种特定的面积单位:56张 508mm×711.2mm(20in×28in)或112张508mm×355.6mm(20in×14in)。
一基箱面积=20.2324m2(31360in2)
式中 m——每基箱质量,kg
7.85——镀锡薄钢板相对密度
③镀锡量: 锡较铁贵很多,故镀锡层较薄,镀锡层厚度以每平方米钢板上镀锡的克 数(g/m2)表示。常用镀锡薄钢板镀锡量见表12-74,表中分等厚镀锡板和差厚镀锡板。 当罐壁外面需印刷时,可用差厚板制罐。
表12-74 常用镀锡薄钢板镀锡量 单位:g/m2
镀锡量标号* | 公称镀锡量 | 最小平均镀锡量 | |
SPTE-E
(等厚镀锡量) |
10#
25# 50# 75# 100# |
2.2(1.1/1.1)
5.6(2.8/2.8) 11.2(5.6/5.6) 16.8(8.4/8.4) 22.4(11.2/11.2) |
1.6
4.9 10.5 15.7 20.2 |
SPTE-D
(差厚镀锡量) |
10/25#
25/50# 25/75# 25/100# 50/75# 50/100# 75/100# |
1.1/2.8
2.8/5.6 2.8/8.4 2.8/11.2 5.6/8.4 5.6/11.2 8.4/11.2 |
0.8/2.25
2.25/5.05 2.25/7.85 2.25/10.1 5.05/7.85 5.05/10.1 7.85/10.1 |
* 以每基箱镀锡量(lb)的100倍表示。
④调质度: 镀锡薄钢板机械性能一般以硬度、抗拉强度、屈服点、延伸率及埃里克森 试验值等表示。调质度是马口铁机械性能的综合指数,通常用洛氏硬度T表示,T值越 大,其硬度也越高。常用调质度等级见表12-75。
⑤耐腐蚀性能: 以下各项检测是测定除油膜以外的其余四层的耐腐蚀性。
a. 铁溶出值(ISV): 指一定面积镀锡薄钢板在一定温度的酸性溶液中所溶出的铁的克 数,是锡层致密性的指标,要求不超过20μg/19.4cm2,ISV值越高,表示耐腐蚀性越差。
b. 合金一锡电偶值(ATC): 是判断镀锡薄钢板的锡铁合金层连续性和致密程度的 指标。测定方法是将除去锡层后露出含金属的薄板为阴极,纯锡为阳极,在排气果汁中连 成电偶,在26℃下反应2h后测定电流强度值,称ATC值。ATC值越低,镀锡板对酸性食 品的抗耐性越好,要求ATC值不超过0.05μA/cm2。
c. 镀锡层晶粒度: 表示镀锡薄钢板经稀酸侵蚀一定时间后表面锡晶的结构系数,要 求不高于标准板9级。级别越小,表示晶粒度指标越好,越耐腐蚀。
d. 酸浸时滞值(PLV): 影响马口铁基板的耐腐蚀性因素主要是钢基板的化学成分 和纯净程度,一般要求含S、P、Ca越少越好,但对含CO2的饮料来说,含硫量高反而使基 板的耐腐蚀性好,对含柠檬酸的食品,Ca含量高对基板的耐蚀性有利。表面完全纯净的 钢基板浸于盐酸中就会起反应而放出氢气,且析出氢气的速度固定。如果表面有杂质,则 开始析出速度小,逐渐增大,最后达到固定值。含杂质越多,达到固定值的时间越长,达到 这一固定值所需的时间叫酸浸时滞值PLV,要求不超过10s。
表12-75 镀锡板调质度一览表
生产方法 | ISO国际标准 | 美国AISI标准 | 日本JIS标准 | 抗拉强度
/MPa |
成型性能 | 用途特点 | ||||
类别 | HR30T | 类别 | HR30T | 类别 | HR30T | |||||
一
次 冷 轧 |
箱
式 退 火 |
T50
T52 T57 T61 T65 T70 |
≤52
52±4 57_-3+4 61±4 65-4+3 70-4+3 |
T1
T2 T3 T4 T5 T6 |
≤52
50~60 54~60 58~64 62~68 67~73 |
T-1
T-2 T-21/2 T-3 T-4 T-5 T-6 |
49±3
53±3 55±3 57±3 61±3 65±3 70±3 |
330
350 370 415 450 530 |
软,塑性很好,适于拉深或多次拉
深深度大、形状复杂之容器 拉深性能中等,稍有刚性 一般用途 一般用途,可以随硬度提高,只能 用于浅的拉深 一般用途,刚性稍高 刚性高,能抗压塌 刚性很强 |
较深的二片罐不变薄拉深罐罐身
盖子、圆环、螺旋盖一次拉深罐(如 鱼罐) 三片罐罐身、罐头底盖,大直径瓶 盖,王冠盖 刚性好的三片罐罐身、罐底、盖较大 容器 刚性好的三片罐罐身、罐底、盖 啤酒或充气饮料罐罐底、盖 |
连
续 退 火 |
CA61
CA65 CA70 |
61±4
65-4+5 70-4+3 |
T.4CA T.5CA T.6CA | 58~64
62~68 67~73 |
T-4-CA T-5-CA T-6-CA | 61±3
65±3 70±3 |
410
425 530 |
拉深性能中等,综合性能好
一般用途 刚性很高 |
瓶盖、三片罐罐身和罐底、盖
三片罐罐身、罐底、盖 啤酒或充气饮料罐罐底、盖 |
|
二
次 冷 轧 |
DR550
DR620 DR660 |
73±3
76±3 77±3 |
DR-8
DR-9 DR-9M |
73
70 77 |
550±70
620±70 660±70 |
强度大、硬 | 小直径三片罐罐身、罐底、盖
大直径三片罐罐身、罐底、盖 啤酒或充气饮料罐罐底、盖 |
注: (1)类别指调质度类别;HR3OT指目标值及偏差范围。
(2)一次冷轧镀锡之抗拉强及二次冷轧镀锡板的表面硬度均为近似值,不是标准中的项目供参考。
(3)一次冷轧镀锡板的国际标准为ISO-R1111-1969(E)欧洲标准EURONORM77-63武钢标准(冷)03-77与国际标准相似,但没有T50、T65两档,武钢标准没有连 续退火部分。第一栏二次冷轧标准来源待查,可能是欧洲标准。AISI为美国钢铁学会标准。
(4)二次冷轧板的抗拉强度系指σ0.2(屈服强度)。
(2)镀铬薄钢板(无锡钢板TFS) 将轧制至一定厚度的薄钢板经电解、清洗、酸洗等 处理后,镀铬,再经化学处理,水洗风干,涂油,即制得TFS板。金相分析表明,镀铬薄钢 板的结构由里向外依次是:钢基、金属铬层、水合氧化铬层、油膜层。
镀铬板和镀锡板的钢基是相同的,两者的强度和加工性也相同,但镀铬板耐腐蚀性不 如镀锡板,罐外壁易腐蚀,卷边处也易生锈,使用前必须在内外层涂涂料。TFS对有机涂 料的附着力特别好,比镀锡薄钢板高3~6倍,因此适合制造二片拉深罐和三片罐的罐底 和罐盖。TFS的接缝不能锡焊,必须采用缝焊法或用黏合剂黏合。
镀铬板因价格较低而已部分替代镀锡薄钢板广泛用于罐头工业,应用最多的是啤酒 和饮料罐,以及一般食品罐罐盖等。
(3)铝质包装材料 铝质包装材料主要是指铝合金薄板和铝箔。铝合金板具有相对 密度小、不生锈、光泽银亮美观、成型性好,有一定的强度且易回收等优点,在食品包装上 广泛用于制做各种饮料罐,防盗瓶、盖等。
①铝合金的主要成分及其代号: 包装用铝材一般很少使用纯铝,大多使用合金,因 此其机械性能和化学性能很大程度上取决于组成铝材的合金类型,其中所含的合金元素 主要有Mg、Mn、Cu、Zn、Fe、Si、Cr等。这些微量元素对铝合金的强度、硬度、耐蚀性、加工 使用性有较大的影响。铝合金的类型与相应的合金代号如表12-76所示。包装用铝合 金板的牌号、化学成分及性能用途见表12-77。
表12-76 铝及其合金的类型与相应的合金代号(A·A代号)
合金类型(A·A代号) | 铝及其合金 | 合金类型(A·A代号) | 铝及其合金 |
1000 | >99.00%(纯铝) | 5000 | Al-Mg |
2000 | Al-Cu | 6000 | Al-Mg-Si |
3000 | Al-Mn | 7000 | Al-Sn |
4000 | Al-Si | 8000 | 备用系列 |
注: A·A—Aluminum Association,U.S.A。
②铝合金板的调质度:铝合金的性能除了决定于合金类型外,铝合金加工后的热处理程 度也影响其性能,由于冷轧硬化,铝合金加工后的不同程度的退火调质处理,可使其具备不同 的机械性能,应用于不同的场合。铝合金板的供应状态或调质度标号见表12-78。
表12-78 铝合金板的供应状态或调质度标号
含义
标 号 |
退 火 | 1/4硬化 | 1/2硬化 | 3/4硬化 | 硬 化 |
中国供应状态 | M | Yi | Y2 | Y3 | Y |
AA调质度 | O | H11
H12 |
H14
H24 |
H16
H26 |
H18
H28 |
国外调质度 | O | 1/4H | 1/2H | 3/4H | H |
“○”型调质可完全消除轧制时的加工硬化和残余应力,得到同种成分中强度最低、塑 性最高的极软铝材。一般用于制成铝箔。不同硬化程度的“H”型调质是利用和控制正常 冷轧时铝合金板中产生的加工硬化现象来改变其机械性能。
表12-77 包装用铝合金板牌号、化学成分及性能用途
国际
合金牌号 |
中国与之
相当的牌号 |
合金元素含量/% | 板厚/mm | 性能状态 | 主 要 用 途 | |||||
Mn | Mg | Cu | Fe | Si | Al | |||||
1060 | L2 | — | — | — | ≤0.35 | ≤0.25 | ≥99.6 | 1~10 | 0 | 啤酒桶、丁烷气罐、喷雾罐、
日用及医药用金属软管 |
1050 | L3 | — | — | — | ≤0.40 | ≤0.25 | ≥99.6 | |||
1100 | L5-1 | — | — | 0.05~0.20 | (Fe+Si)0.95 | 其余 | 0.22~0.35 | H26或H16 | 防盗瓶盖、果汁三片罐之易
拉盖 |
|
3011 | — | — | — | — | 0.60~1.0 | 0.50~0.90 | 其余 | |||
3105 | — | 0.3~0.8 | 0.2~0.8 | — | — | — | 其余 | |||
3003 | LF21 | 1.0~1.5 | — | 0.05~0.20 | — | — | 其余 | 低内压之易拉盖、拉环 | ||
3004 | — | 1.0~1.5 | 0.8~1.3 | — | — | — | 其余 | 0.34 | H19 | 两片罐之罐身 |
3104 | — | 0.8~1.4 | 0.8~1.3 | 0.05~0.25 | — | — | 其余 | |||
5082 | — | — | 4.0~5.0 | — | — | — | 其余 | 0.30~0.40 | H19或H38 | 两片罐或三片罐的易拉盖、
拉环 |
5182 | — | 0.2~0.5 | 4.0~5.0 | — | — | — | 其余 | |||
5050 | — | — | 1.1~1.8 | — | — | — | 其余 | |||
5052 | LF2 | Cr:0.15~0.35 | 2.2~2.8 | — | — | — | 其余 | |||
5352 | — | — | 2.2~2.8 | — | (Fe+Si)0.45 | 其余 | ||||
5017 | — | 0.7 | 1.8 | — | — | — | 其余 | 0.32~0.40 | H19 | 两片罐之罐身、罐盖、拉环 |
5349 | — | 0.6~1.2 | 1.9~2.6 | 0.18~0.28 | (Fe+Si)1.1 | 其余 |
③铝质包装材料的包装特性: 优点为具有优异的表面性能(光泽效果和光亮度)且 表面装饰性好;高的热传导率,更适合于食品的加热和冷冻处理;对各种气体、水蒸气的高 阻隔性。对各种油脂和光线的完全阻隔性;较好的耐蚀性和卫生安全性;成型加工性及再 循环性能好。缺点为耐酸、碱性较差,正常耐酸、碱的范围为pH4.8~8.5。包装酸性软 料时应采用较好的内涂料以提高耐酸性。
12.2.3.2 铝箔及真空镀铝软包装材料
铝箔是一种“○”型调质铝板经多次压延制成的可挠性金属薄片,根据压延后热处理 程度不同,分为软质和硬质两种。铝箔厚度界限各国规定不同,美英等国规定为 0.15mm,日本、法国、俄罗斯、中国规定为0.20mm。
(1)铝箔的包装特性 铝箔所用基材纯度一般要求较高,为99.3%~99.5%以上, 其中要求Fe、Si含量不大于0.7%,Cu含量不大于0.1%。铝箔的高纯度会带来许多不 利影响。如强度较低,故当其单独使用时,厚度应>0.05mm,而其大部分将用于与纸、塑 等复合,以提供优异的综合性能,此时厚度一般选用9~12μm。
不同厚度铝箔的质量指标见表12-79。
表12-79 不同厚度铝箔的质量指标
厚度/mm | m2kg | g/m2 | 厚度/mm | m2/kg | g/m2 |
0.0065 | 56.769 | 17.615 | 0.016 | 23.062 | 43.360 |
0.007 | 52.714 | 18.970 | 0.017 | 21.706 | 46.070 |
0.008 | 46.125 | 21.680 | 0.018 | 20.500 | 48.780 |
0.009 | 41.000 | 24.390 | 0.019 | 19.421 | 51.490 |
0.010 | 36.900 | 27.100 | 0.020 | 18.450 | 54.200 |
0.011 | 33.545 | 29.810 | 0.025 | 14.760 | 67.750 |
0.012 | 30.750 | 32.520 | 0.030 | 12.300 | 81.300 |
0.013 | 28.384 | 35.230 | 0.040 | 9.225 | 108.400 |
0.014 | 26.357 | 37.940 | 0.050 | 7.380 | 135.500 |
0.015 | 24.600 | 40.650 | 0.060 | 6.150 | 162.600 |
铝箔作为一种可挠性包装材料具有许多优异的包装性能,其中阻湿、阻气、阻光是三 个重要的特性,其主要性能表现为:
①优异的光学性能: 主要体现在对光的反射率高达85%~90%,且表面自然氧化 膜呈银白色而具有金属光泽,因此其外观华丽,展示效果好,且可通过表面印刷装饰使其 更体现商品展示性。
②高阻隔性: 指阻湿、阻气、阻光性能好,且可防止微生物的侵害,因此,铝箔可用于 阻气防潮包装及乳制品等的遮光保香包装。但铝箔的阻隔性在很大程度上取决于箔材的 厚度和表面质量。厚度的变化会导致表面针孔数的变化,因而影响其阻隔性,表12-80 所示为铝箔厚度与针孔数及透湿性的关系。
表12-80 铝箔的厚度与针孔数及透湿性的关系
厚度/μm | 6.5 | 7 | 8 | 9 | 10 | 15 | 20 | 23 |
针孔数/(个/m2) | 220 | 110 | 30 | 20 | 10 | 5 | 2 | 0 |
透湿性/[g/(m2·d*)] | — | 7以下 | — | 5以下 | — | 2.5以下 | 0 | 0 |
* JIS 21520的标准透湿度。
一般认为,当铝箔厚度大于0.01mm时,具有良好的防潮性;当厚度大于0.015mm 时,具有气体不渗透性;当厚度大于0.018mm时,具有良好的防虫性。厚度增加虽能有效 提高阻隔性,但它的成本往往会变高。实践表明,厚度为9~12μm的铝箔是最经济实用 的复合包装用箔。表12-81为不同厚度铝箔的阻隔性能。
表12-81 不同厚度铝箔的阻隔性能
物 质 | 铝箔的厚度/μm | ||||
9~10 | 12 | 15 | 20 | 30 | |
透气性/[cm3/(m2·24h 0.1MPa)] | 0~200 | 0~80 | 0~10 | 0 | 0 |
透水性/[mg/(m2·24h)] | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
光 线 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
脂 肪 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
③机械性能: 铝箔的机械性能见表12-82。从总体上讲,铝箔作为一种柔性材料, 具有一定的抗拉强度,而且硬质的高于软质的,因而具有优良的加工适应性,但因加工硬 化和退火后的“干燥”状态,使得铝箔耐折性差、易折皱,且破裂强度很低,因此单独使用 有一定问题,但当与其他材料复合使用时,这些性能可得到极好的改善和补偿。
表12-82 铝箔的机械性能
机械性能 | 厚度/μm | |||||||
7 | 8 | 10 | 12 | 25 | 30 | 50 | ||
抗张强度/MPa | 硬 质 | 187/199 | 174/180 | 193/196 | 187/194 | 201/208 | 187/195 | 185/196 |
半硬质 | 128/130 | 121/120 | 132/131 | 129/130 | 140/143 | 138/139 | 136/142 | |
软 质 | 68/61 | 67/60 | 70/65 | 71/65 | 78/78 | 88/82 | 87/88 | |
伸长率/% | 硬 质 | 0.5/1.7 | 0.7/1.0 | 1.4/1.7 | 0.8/0.9 | 2.2/2.4 | 2.5/2.0 | 2.6/2.4 |
半硬质 | 0.5/1.0 | 1.1/1.1 | 1.4/1.4 | 0.4/1.0 | 1.0/1.0 | 3.1/2.0 | 2.2/2.0 | |
软 质 | 4.3/4.8 | 3.8/4.3 | 4.9/5.1 | 5.7/5.6 | 9.0/9.1 | 12.4/13.4 | 21.0/24.4 | |
撕裂强度/MPa | 硬 质 | 0.05 | 0.06 | 0.095 | 0.1 | 0.265 | 0.3 | 0.54 |
半硬质 | 0.042 | 0.058 | 0.075 | 0.09 | 0.2 | 0.22 | 0.5 | |
软 质 | 0.05 | 0.05 | 0.063 | 0.07 | 0.17 | 0.26 | 0.47 |
注: ×/×为纵向/横向,资料来自日本东洋制铝公司。
④耐热耐寒性能优良: 铝具有良好的导热性,适宜高温蒸煮和低温贮藏,具有良好 的环境适应性。
⑤化学性能: 主要是指对内容物的耐腐蚀能力,见表12-83。铝箔表面自然形成 的氧化膜具有保持作用,但当铝箔用于接触性包装时,一般采用涂层保护,提高其耐蚀性; 用复合层隔离也是一种理想的方法。
表12-83 铝对各种食品的耐蚀性
食品种类 | 耐蚀性 | 食品种类 | 耐蚀性 | 食品种类 | 耐蚀性 |
啤 酒 | ○ | 酱 油 | ⊗~△ | 面包屑 | ○ |
葡萄酒 | ⊗~○A | 醋 | ○ | 明 胶 | ○ |
威士忌 | ⊗,○A | 砂糖水 | ○,○H | 汽 水 | ⊗○~△,○ |
白兰地 | ⊗,○A | 食用油 | ○ | 果实精 | ○A |
杜松子酒 | ⊗,○A | 脂 肪 | ○ | 果 汁 | ○~△,○A |
清 酒 | ○ | 牛 乳 | ○,○H | 橘子汁 | △,○A |
牛 油 | ○ | 炼 乳 | ○ | 柠檬汁 | ⊗~△,○A |
人工干酪 | ○ | 奶 油 | ○ | 洋葱汁 | ○,○H |
干 酪 | ○~△ | 巧克力 | ○B | 苹果汁 | ⊗ |
盐 | ⊗~△ | 发酵粉 | ○ |
注: ○——不被侵蚀;⨂——稍被侵蚀,但可使用;△——被侵蚀;○A——阴极氧化时不被腐蚀;○H——加热 也不被腐蚀;○B——沸点以上不被腐蚀。
(2)铝箔的二次加工及其在食品包装上的应用 铝箔的二次加工主要是复合和涂层 处理。铝箔单面或双面涂敷高分子树脂,如纤维素、甲基丙烯酸酯、PE等,可使铝箔具有 热封性,提高阻隔性和强度。在铝箔上涂覆色彩或印刷,即使铝箔装潢美观,又可保护铝 箔并提高阻隔性。铝箔大量用于多层复合包装材料、制作多层复合袋,用于防潮保香等气 密性要求高的食品包装及高温蒸煮袋,对于要求较长保质期的食品包装,其蒸煮袋结构应 有Al箔层,以提高阻气阻光性和增加强度,典型的高温蒸煮袋结构为:PET(12μm)/Al箔 (9~14μm)/CPP(60~80μm),国家标准GB 10004规定的技术指标见表12-84。另一种 专用于榨菜包装的BOPP/Al/LDPE的复合袋其技术指标见表12-85。
表12-84 PET(12μm)/Al(9~14μm)/CPP(60~80μm)高温蒸煮袋技术指标
项 目 | 指 标 | |
拉断力(纵、横向)/N | ≥10 | |
断裂伸长率(纵、横向)/% | ≥15 | |
撕裂力(纵、横向)/N | ≥1.1 | |
剥离力/N | PET/Al | ≥3 |
Al/CPP | ≥4.5 | |
封口剥离力/N | ≥30 | |
抗摆锤冲击性能/J | ≥0.52 | |
水蒸气透过量/[g/(m2·24h)] | ≤0.5 | |
氧气透过量/[cm3/(m2·24h·0.1MPa)] | ≤0.5 | |
耐 油 性 | 耐油度/% | ≤15 |
吸油度/% | ≤1.5 | |
耐 热 性 | 无明显变形,热封部位无剥离现象 |
表12-85 榨菜专用的BOPP/Al/LDPE复合膜、袋技术指标(QB2197—1996)
序 号 | 项 目 | 指 标 | |||
A | B | C | |||
1 | 拉断力(纵、横向)/(N/15mm) | ≥42 | ≥34 | ||
2 | 断裂伸长率(纵、横向)/% | ≥15 | |||
3 | 热合强度(边、底)/(N/15mm) | ≥14 | |||
4 | 剥离力(纵、横向)
/(N/15mm) |
BOPP//Al | ≥0.8 | ||
BOPP/LDPE | ≥0.6 | ||||
LDPE/Al | ≥0.6 | ||||
Al//LDPE | ≥2.6 | ||||
5 | 氧气透过量/ [(cm3/(m2·24h,0.1MPa)] | ≤1.0 | |||
6 | 水蒸气透过量/[g/(m2·24h)] | ≤0.5 |
注:袋的宽度小于150mm时,不考核横向拉断力、断裂伸长率和剥离力。
表12-86为食品包装常用加工箔的组成和应用。
表12-86 食品包装用加工箔的组成与用途
用 途 | 箔厚/μm | 加 工 箔 构 成 |
口香糖(内装) | 7 | Al/蜡/薄叶纸 |
香 烟 | 7 | Al/黏合剂/模造纸 |
粉末食品 | 7 | PP(印)Al/PE |
纸容器 | 7 | Al/黏合剂/马尼拉板纸 |
贴 纸 | 7 | Al/黏合剂/高质纸 |
红 茶 | 7 | 玻璃纸(印)/黏合剂/Al/黏合剂/模造纸/PE |
牛 油 | 7~8 | Al/黏合剂/羊皮纸 |
复合罐 | 7 | 薄纸(印)/黏合剂/牛皮纸/黏合剂/Al/PE |
蒸煮袋 | 9 | PET(印)/黏合剂/Al/黏合剂/聚烯烃 |
干 酪 | 10 | 喷漆/Al/喷漆 |
巧克力板 | 8~15 | ①平箔 ②Al/PVC ③Al/PE ④Al/蜡/薄叶纸 |
封瓶箔 | 15~30 | ①平箔 ⑥②Al/PVC |
PTP包装 | 20 | Al/热封层 |
药 品 | 20~40 | ①玻璃纸(印)/PE/Al/PE ②着色玻璃纸/黏合剂Al/PE |
Grown apot | 50 | 热封涂层/Al/耐热喷漆 |
乳酸饮料盖 | 50 | Al(印)/PE/热温胶 |
箔容器 | 30~150 | ①平箔 ②喷漆/Al/喷漆 ③喷漆/Al/黏合剂/PP |
(3)真空镀铝软包装材料 铝箔虽有许多优点,但铝原材料价高。生产铝箔能耗大, 故铝箔价格较高。如果将铝箔减薄,又会出现因针孔造成的气密性差的问题。真空镀铝 软包装材料可部分替代铝箔复合材料,虽其阻气性及反射紫外线等性能还比不上铝箔复 合材料,但在许多食品包装场合均能满足使用要求,并降低了包装成本,故真空镀铝膜具 有广泛的市场应用前景。表12-87为真空镀铝前、后水蒸气的透过性的比较。
表12-87 真空镀铝前、后水蒸气透过性的比较 单位:g/(m2·24h)
基材膜及厚度 | 蒸镀前 | 蒸镀后 | 基材膜及厚度 | 蒸镀前 | 蒸镀后 |
PET 12μm | 40~45 | 0.3~0.6 | LDPE 25μm | 15~25 | 0.6 |
PET 25μm | 20~23 | 0.3~0.6 | HDPE 25μm | 19~20 | 0.9 |
CPP 25μm | 15~20 | 1.0~1.5 | PE(定向膜)25μm | 5~6 | 1.2 |
OPP 20μm | 5~7 | 0.8~1.2 | 尼龙15μm | 250~290 | 0.5~0.8 |
OPP 25μm | 4~6 | 0.5 |
12.2.3.3 罐头用金属罐
金属罐作为食品包装的主要形式,其历史悠久,现代食品包装,因金属罐具有高强度、 高阻隔性及优异的美观装饰性能,仍占有重要的地位。
(1)金属罐的分类 金属罐的分类方法主要有两种,按结构和加工工艺分类,见表 12-88,主要有二片罐和三片罐。按材质分类见表12-89。
表12-88 金属罐的分类
结 构 | 形 状 | 工艺特点 | 材 料 | 代表性用途 |
三片罐 | 圆罐或
方形罐等 |
压接罐 | 镀锡薄钢板
无锡薄钢板 |
食品罐、化学品罐 |
黏接罐 | 无锡薄钢板
铝 |
各种饮料罐头 | ||
电阻焊罐 | 镀锡薄钢板
无锡薄钢板 |
各种饮料罐头、食品罐、化学品罐 | ||
二片罐 | 圆罐或
异形罐等 |
浅冲罐 | 镀锡薄钢板
无锡薄钢板 铝 |
鱼、肉罐头
水果、蔬菜罐头 |
深冲罐 | 镀锡薄钢板
无锡薄钢板 铝 |
菜肴罐头
乳制品罐头 |
||
深冲减
薄拉深罐 |
镀锡薄钢板
铝 |
各种饮料罐头(主要是碳酸饮料) |
表12-89 常用金属罐的种类与应用
种 类 | 品 种 | 特 点 与 应 用 |
镀锡薄钢板 | 三片焊锡罐(可异形)
二片冲拔罐(圆形) 二片深冲罐(可异形) |
需内涂料,应用于热加工食品包装(如鱼肉、家禽、蔬菜
等)和非热加工食品包装(如干粉、酱类、食油等)以及饮 料包装(主要是二片罐) |
TFS罐 | 三片熔接罐和三片黏接罐(可异形)
二片深冲罐(可异形) |
需内涂料,主要应用于热加工食品包装,某些还用于饮
料包装或制作喷雾罐 |
Al形罐 | 三片黏接罐(可异形)
二片冲拔罐(圆形) |
应用同上,主要包装对象是啤酒和饮料 |
(2)罐型规格系列
①我国罐型分类: 见表12-90。
表12-90 我国罐型分类及编号
罐 型 | 编 号 | 罐 型 | 编 号 | 罐 型 | 编 号 |
圆 罐 | 按内径、外高排列 | 冲底方罐 | 400 | 梯形罐 | 700 |
冲底圆罐 | 200 | 椭圆形罐 | 500 | 马蹄形罐 | 800 |
方 罐 | 300 | 冲底椭圆罐 | 600 |
②圆形罐成品规格系列:我国是国际标准化组织成员国,圆罐规格采用国际通用标 准,见表12-91和表12-92。圆形罐用内径、外高表示规格系列,如罐号15267,前两位 数15表示内径153.4mm,后三位数表示外高为267mm。
表12-91 圆罐成品规格系列(GB 10785—89)
罐 号 | 成品规格/mm | 计算容积
/cm3 |
罐 号 | 成品规格/mm | 计算容积
/cm3 |
||||
公称直径 | 内 径 | 外 高 | 公称直径 | 内 径 | 外 高 | ||||
15267 | 153 | 153.4 | 267 | 4823.72 | 871 | 83 | 83.3 | 71 | 354.24 |
15234 | 153 | 153.4 | 234 | 4213.83 | 860 | 83 | 83.3 | 60 | 294.29 |
15179 | 153 | 153.4 | 179 | 3197.33 | 854 | 83 | 83.3 | 54 | 261.59 |
15173 | 153 | 153.4 | 173 | 3086.44 | 846 | 83 | 83.3 | 46 | 217.99 |
1589 | 153 | 153.4 | 89 | 1533.98 | 7127 | 73 | 72.9 | 127 | 505.05 |
1561 | 153 | 153.4 | 61 | 1016.49 | 7116 | 73 | 72.9 | 116 | 459.13 |
10189 | 105 | 105.1 | 189 | 1587.62 | 7113 | 73 | 72.9 | 113 | 446.61 |
10124 | 105 | 105.1 | 124 | 1023.71 | 7106 | 73 | 72.9 | 106 | 417.39 |
10120 | 105 | 105.1 | 120 | 989.01 | 789 | 73 | 72.9 | 89 | 346.44 |
1068 | 105 | 105.1 | 68 | 537.88 | 783 | 73 | 72.9 | 83 | 321.39 |
9124 | 99 | 98.9 | 124 | 906.49 | 778 | 73 | 72.9 | 78 | 300.52 |
9121 | 99 | 98.9 | 121 | 883.45 | 763 | 73 | 72.9 | 63 | 237.91 |
9116 | 99 | 98.9 | 116 | 845.04 | 755 | 73 | 72.9 | 55 | 204.52 |
980 | 99 | 98.9 | 80 | 568.48 | 751 | 73 | 72.9 | 51 | 187.83 |
968 | 99 | 98.9 | 68 | 476.29 | 748 | 73 | 72.9 | 48 | 175.31 |
962 | 99 | 98.9 | 62 | 430.20 | *6100 | 65 | 65.3 | 100 | 314.81 |
953 | 99 | 98.9 | 53 | 361.06 | 672 | 65 | 65.3 | 72 | 221.04 |
946 | 99 | 98.9 | 46 | 307.29 | 668 | 65 | 65.3 | 68 | 207.64 |
8160 | 83 | 83.3 | 160 | 839.27 | 5133 | 52 | 52.3 | 133 | 272.83 |
8117 | 83 | 83.3 | 117 | 604.93 | 5104 | 52 | 52.3 | 104 | 210.53 |
8113 | 83 | 83.3 | 113 | 583.13 | 599 | 52 | 52.3 | 99 | 199.79 |
8101 | 83 | 83.3 | 101 | 517.73 | 589 | 52 | 52.3 | 89 | 178.31 |
889 | 83 | 83.3 | 89 | 419.63 | 539 | 52 | 52.3 | 39 | 70.89 |
* 6100号罐型现采用6110。
表12-92 冲压圆罐成品规格系列表
罐 号 | 成品规格/mm | 计算容积
/cm3 |
||
公称直径 | 内径d | 外高H | ||
201 | 153 | 上:153.0
下:132.4 |
30.0 | 480.70 |
202 | 83 | 83.3 | 57.0 | 294.26 |
203 | 73 | 72.9 | 42.0 | 163.00 |
204 | 52 | 52.3 | 37.0 | 73.00 |
(3) 三片罐和二片罐简介
①三片罐: 是最古老的空罐形式,由罐身、罐底和罐盖三部分组成,罐身纵缝有锡 焊、缝焊和黏接三种。由于锡焊罐焊缝含铅对食品造成污染,目前已被淘汰。目前用于高 温杀菌的罐头都是缝焊罐,具有焊缝强度高,密封性好,对食品卫生安全等优点。三片黏 接罐采用尼龙为主要黏合物黏合罐身主缝,为保证足够的强度,罐身接缝搭接宽度约 5mm左右,这种制罐方法成本低,卫生性好、适用于粉粒状干燥食品的罐装,不适用于高 温杀菌的罐装食品。
②二片罐: 罐身和罐底为一体,没有罐身纵缝和罐底卷边,工艺简单,密封性好而具 有广泛的应用价值。目前二片罐主要有二片冲拔罐和二片深冲罐两种。
a. 冲拔罐(DWI罐): 也称变薄拉伸罐,20世纪50年代开始用于铝材,70年代后镀 锡薄钢板材也开始用于制作DWI罐,制作主要经过预冲压和多次变薄拉伸。
冲拔罐的最大特点是长、径比很大,一般为2:1,罐壁经多次拉伸后变薄,故很适宜用 于含气饮料包装,由罐内压力来支撑罐壁以增强刚性。当用来盛装不含气饮料时,可借助 液态氮进行充氮包装,可有效地保护内装食品质量和罐的外形。
b. 深冲罐(DRD罐): 是将板材经连续多次经变径冲模冲压而成。制罐时几次连续 冲坯(一般为两次)使罐身内径越来越小,而罐壁和罐底厚度保持原来厚度,即成型罐体表 面积基本等于原坯料面积。如果冲坯一次成型,即称为浅拉伸罐。
DRD罐的特点是壁厚均匀,强度和刚性好,故适用范围较广,长、径比一般为1.5:1, 规格尺寸更易适应不同需要,可为圆形,也可为异形,目前适用的材料主要是TFS板和镀 锡薄钢板,主要用于热加工食品包装。
金属二片罐为饮料和食品包装提供了安全、可靠、价格低廉的包装形式。同时制罐工 艺的改进,原材料利用率和生产效率的提高,显示了二片罐强大的生命力。
12.2.3.4 其他金属包装容器
(1)金属软管 金属软管指铝质软管及铝箔复合材料软管,可用于果酱、调味品、蛋 糕、糖霜等黏稠食品的包装。
将铝料坯在压力机上经冲模挤压成管状,经退火,加工管口螺纹并加盖,内壁喷涂料, 外表印刷,最后将食品由软管尾部装入,再压平卷边而形成良好密封。
金属软管开启方便,可分批取用内装食品,再封性好,且可适应高温杀菌,可实现高速 包装操作。
(2)铝箔器皿 铝箔器皿是一种新型包装容器,欧洲国家主要用作午餐盒,食品厂用铝 箔器皿把配餐包装好运送到各用餐单位,可随时加热食用,既卫生、简便,提高了工作效率和 社会效益,又可使包装废弃物打包回收再利用,避免了国内EPS快餐盒的白色污染问题。
铝箔器皿根据其外观,目前主要有两类。
①带皱褶的铝箔器皿: 采用稍硬的合金箔制造。浅盘式不带盖器皿,主要用作食品 如蛋糕、面包的托盘,器皿边缘卷边,形状可根据冲模设计成圆形或异形。带盖铝箔器皿 凸缘直边折叠,将盖片嵌在其中,有一定的遮挡、密封效果。
②光壁铝箔器皿: 在外观形态上无皱褶,容器侧壁光滑,水平凸缘平滑,器皿内表面 可涂热塑性树脂,口部可进行热封合,可用于包装需100℃以下低温杀菌的食品,如干菜、 果酱等,由于在功能上有金属罐那样的屏蔽性和易开性,故此类容器很有发展前途,但加 工成本较高。
铝箔器皿质轻美观,传热性好,耐高温杀菌和低温冷冻;对光、水、气体、化学及生物污染 有完全的隔绝作用;加工性能好,可制成各种形状满足多方面的要求,且可印刷装潢;开启方 便,废弃物易回收处理等许多优点,应用范围越来越广,可影响食品的流通消费方式。
③金属大桶: 指用镀锌板、镀锡薄板或低碳钢板等制成的30~200L容积的包装容 器,内表面涂覆环氧类、酚醛类及乙烯树脂类涂料,主要用于食品原料及中间产品的贮存 和运输包装。
④无菌包装大罐: 主要用于包装经UHT杀菌的大批量果蔬浓缩汁半成品。采用 无菌包装技术,使产品在较长的贮运期间能较好地保全食品的风味和质量。这种大罐用 碳钢制成,内涂环氧树脂,罐盖设一孔,通过此孔可喷入洗罐用杀菌剂和无菌惰性气体,产 品保质期可达一年。
12.2.3.5 金属罐内壁涂料
包装食品的金属罐,其内壁必须涂敷涂料,其涂料品种也必须适应不同食品的特性, 并符合卫生要求。
(1)金属罐内壁涂料要求 金属罐内壁涂料要求如下:
①无毒、无味,卫生安全,长期与食品接触不影响食品的色、香、味。
②涂料应易于涂覆,附着力好,可形成良好的涂膜,加热杀菌后涂膜不变色、不软化、 不剥落,且应有一定的硬度和抗冲击性。
③涂膜外观好,光滑完整,色泽均匀一致;无划伤、气泡、露铁点;涂膜表面无杂质颗 粒、油污及涂料堆积,不焦煳。
(2) 常用内涂料性能及其选用 金属罐常用内壁涂料及其性能见表12-93及表 12-94。
表12-94 啤酒和碳酸饮料罐涂料
罐 盖 | 罐 身 | |||
铝合金薄板 | 镀铬板 | 二 片 罐 | 三 片 罐 | |
铝合金薄板 | 镀 锡 板 | |||
环氧涂料
(4.5g/m2) |
底: 环氧酚醛
(4.5g/m2) 面: 乙烯涂料 (7.5g/m2) |
头道: 环氧脲醛(喷涂)
二道: 乙烯基涂料(喷涂) |
头道: 热固性乙烯(喷
涂) 二道: 热塑性乙烯(喷 涂) |
头道: 聚丁二烯或环
氧酚醛(印涂) 二道: 环氧或乙烯树 脂溶液(接缝喷涂) 三道: 乙烯基涂料 (全喷涂) |
头道: 热固性乙烯(喷涂)
二道: 乙烯基涂料(喷涂) |
||||
乙烯溶胶
(12~15g/m2 205℃,烘烤) |
头道: 水型丙烯酸(喷涂)
二道: 乙烯基涂料(喷涂) |
|||
头道: 水性环氧(喷涂)
二道: 乙烯基涂料(喷涂) |
金属罐内涂料的选用应充分考虑内装食品的特性。含蛋白质丰富的水产和禽肉类罐 头应选用抗硫涂料,以防蛋白质热分解所产生的硫化氢腐蚀罐壁。硫易使镀锡薄钢板产 生硫化斑,甚至使罐内壁变黑。
表12-93 常用罐头内壁涂料铁品种涂印条件及用途
品 种 | 底 涂 料 | 面 涂 料 | 色 泽 | 用 途 | ||||||
涂料名称 | 烘烤温度
/℃ |
高温区烘烤
时间/min |
涂膜厚度
/(g/m2) |
涂料名称 | 烘烤温度
/℃ |
高温区烘烤
时间/min |
涂膜厚度
/(g/m2) |
|||
抗酸抗硫两
用涂料铁 |
#214环氧
酚醛树脂涂料 |
210~215 | 10~12 | 6.5~8 | — | — | — | 金黄 | 具有一般抗酸、抗硫性能。用于一
般水产、肉禽、水果、果酱和蔬菜罐头 |
|
#214环氧
酚醛树脂涂料 |
205~210 | 10~12 | 4~5 | #214环氧
酚醛树脂涂料 |
210~215 | 10~12 | 总厚度
10~12 |
金黄 | 抗酸性能较好,用于番茄酱罐头 | |
抗硫涂料铁 | #617环氧
酯氧化锌涂料 |
200~205 | 10~12 | 4~5 | #2126酚醛
树脂涂料 |
180~185 | 10~12 | 1~2 | 浅金黄 | 抗硫性良好,耐冲性较差,用于一
般肉禽及部分水产罐头 |
防黏涂料铁 | #617环氧
酯氧化锌涂料 |
200~205 | 10~12 | 4.5~5.5 | 防黏涂料 | 125~130 | 10~12 | 1.5~2.2 | 白色 | 兼有抗硫和防黏性能,用于午餐
肉和清蒸鱼罐头 |
冲拔罐抗硫
涂料铁 |
S-73冲拔
罐抗硫涂料 |
210~215 | 10~12 | 9~11 | 防黏涂料 | 125~130 | 10~12 | 1~2 | 浅金黄 | 兼有抗硫和耐深冲性能,用于鱼、
肉罐头冲拔罐 |
环氧脲醛树
脂涂料(#51底 涂料) |
190~195 | 10~12 | 7 | 多羟酚醛树
脂涂料(#51 面涂料) |
220~225 | 10~12 | 总厚度
11~13 |
金黄 | ||
接缝补涂涂
料 |
EP-3快干
接缝补涂涂料 |
系双组分涂料,由#601和#609环氧树脂溶液100份和#650聚酰胺树脂40份混合,再用25份甲苯/乙基溶纤素稀释。该涂料抗硫、抗酸
性能好,干燥温度低,时间短,用于罐头接缝处补涂 |
酸性较强的番茄酱等食品罐应选用抗酸涂料。含有花青素的水果,如草莓、樱桃、杨 梅罐头等,易使锡层溶化,可采用一般涂料来阻隔水果与锡层的直接接触,防止金属离子 的溶入而使食品变色。
午餐肉及清蒸鱼等易黏罐食品,应选用防黏涂料。
(3) 金属罐内涂膜性能测试
①涂膜厚度: 应符合表12-93的规定,其厚度测量方法有:
(a) 测厚法: 将镀锡薄钢板剪成5cm×15cm试样,用涂膜测厚仪测定涂料涂层与镀 锡层总厚度m1,反转试样再测其反面的镀锡厚度m2,则涂膜厚度为:(m1-m2)(μm)。
(b) 称量法: 将5%Na2CO3溶液注入1000mL烧杯中加热至80~90℃作为电解液, 将准确称量的5cm×5cm试样接上阴极,另取一铁片接入阳极,放入已加热的电解液中, 在直流电压4~5V下电解,待涂膜脱落后对试样进行水洗、烘干并准确称量。
式中 m1——试样厚质量,g
m2——除去涂膜后试样质量,g
②溶出试验: 见表12-95。
表12-95 食品卫生的溶出检验规定(日本)
项 目 | 溶 出 条 件 | 规 定
/(mg/kg) |
|||
食品种类与性质 | 溶出用液 | 条 件 | |||
砷 | 各种食品 | ≤0.2 | |||
铅 | pH5以上的食品 | 水 | 95℃,30min | ≤0.4 | |
镉 | pH5以下的食品 | 0.5%柠檬酸溶液 | 60℃,30min | ≤0.1 | |
甲 醛 | pH5以上的食品 | 水 | 95℃,30min | 沉 淀 | |
pH5以下的食品 | 水 | 60℃,30min | |||
酚 | 各种食品 | ≤5 | |||
蒸
发 残 留 物 |
油脂及脂肪性食品 | 正庚烷 | 25℃,60min | ≤30 | |
酒类 | 20%酒精 | 60℃,30min | ≤30① | ||
油脂及
脂肪性食品 |
pH5以上 | 水 | 95℃,30min | ≤30 | |
pH 5以下 | 4%醋酸 | 60℃,30min | ≤30 | ||
乙-环氧丙烷 | 各种食品 | 正戊烷 | 25℃,2h | ≤0.5 | |
氯乙烯 | 各种食品 | 酒 精 | 5℃以下,24h | ≤0.05 |
注: ①涂料含氧化锌2%以上时,其规定值为90mg/kg。
③耐冲击试验: 将涂有涂料的金属板冲压成盖作试样,未涂涂料的另一面涂以石 蜡,放入硫酸铜溶液中浸泡30min,取出并水洗观察:涂有抗酸涂料的盖不应有明显的腐 蚀点;涂有抗硫或防粘涂料的盖,应无密集的腐蚀点。
④抗酸性试验: 将涂上涂料的金属薄板剪成2cm×10cm试样,弯折180°后放入盛 装5%醋酸溶液的锅内浸没,密封锅,经121℃加热30min后冷却至室温,取出试样观察, 涂层不得变色和脱落。
⑤贮存试验: 经内涂的金属罐装填食品后封罐,涂有抗硫涂料的实罐在37℃温度 下保温7~14d,涂有抗酸涂料的实罐在60℃温度下保温7d,此后开罐观察涂膜:抗酸涂 料的罐内壁应无明显的腐蚀和涂膜脱落;抗硫涂料的罐应无明显的硫化斑,否则应视为不 合格。