食品百科

12.2.3 金属包装材料与容器

2023-02-14

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

退

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

退

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

 

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 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
⊗~△ 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

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

鱼、肉罐头

水果、蔬菜罐头

深冲罐 镀锡薄钢板

无锡薄钢板

菜肴罐头

乳制品罐头

深冲减

薄拉深罐

镀锡薄钢板

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

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
各种食品     ≤0.2
pH5以上的食品 95℃,30min ≤0.4
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 95℃,30min 沉 淀
pH5以下的食品 60℃,30min
各种食品     ≤5

油脂及脂肪性食品 正庚烷 25℃,60min ≤30
酒类 20%酒精 60℃,30min ≤30
油脂及

脂肪性食品

pH5以上 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。