金屬、玻璃、陶瓷包裝材料及其包裝容器

1、第5章金屬、玻璃、陶瓷包裝材料及其容器第一節(jié)金屬包裝材料與容器金屬材料(metal material用于食品包裝有近200年的歷史,是現(xiàn)代最重要的四大包裝材料之一。金屬包裝材料以金屬板或箔材為原材料,再加工成各種形式的容器來包裝食品。金屬包裝材料的性能1、高阻隔性能;阻隔氣、汽、水、油、光的透過。2、優(yōu)良的機(jī)械性能;抗拉、抗壓、抗彎、韌性及硬度。3、容器成型加工性好且生產(chǎn)效率高。4、具有良好的耐高低溫性, 良好的導(dǎo)熱性、耐熱沖擊性。5、表面裝飾性好。6、包裝廢棄物易回收處理。缺點(diǎn):化學(xué)穩(wěn)定性差,不耐酸堿腐蝕;價(jià)格較貴;重量較大。食品包裝常用金屬材料主要分類1 、鋼基包裝材料鍍錫薄鋼板(馬口鐵

2、、鍍鉻薄鋼板(TFS板、涂料板、鍍鋅板、不銹鋼板。2 、鋁質(zhì)包裝材料鋁合金薄板、鋁箔、鋁絲等。一、鍍錫薄鋼板(馬口鐵tinplate(一 鍍錫薄鋼板鍍錫薄鋼板是低碳薄鋼板表面鍍錫而制成的產(chǎn)品,簡稱鍍錫板,俗稱馬口鐵板。大量用于制造包裝食品的各種容器,也可為其他材料制成的容器配制容器蓋或底。鍍錫板由五部分組成,由內(nèi)向外依次為鋼基板、錫鐵合金層、錫層、氧化膜和油膜組成。(二鍍錫板的主要性能指標(biāo)1.鍍錫板的機(jī)械性能通常用調(diào)質(zhì)度作為指標(biāo)來表示鍍錫板的綜合機(jī)械性能,包括強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等。2.鍍錫板的耐腐蝕性鍍錫板的耐腐蝕性與構(gòu)成鍍錫板每一層結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性都有關(guān)。(1鋼基板鋼基板的耐腐蝕性能主要取

3、決于鋼基板的成分、非金屬夾雜物的數(shù)量和表面狀態(tài)。鋼基板表層夾雜物的存在多是有害的,它出現(xiàn)在鍍錫板露鐵點(diǎn)處時(shí),在腐蝕環(huán)境下將加速錫層的腐蝕,接著又將加速鋼板的腐蝕。評價(jià)鋼基板的耐腐蝕性指標(biāo)用酸浸時(shí)滯值表示:即鋼基板浸入鹽酸之時(shí)起至溶解反應(yīng)速度恒定時(shí)所需的時(shí)間(s。酸浸時(shí)滯值越小,表示鋼基耐腐蝕性越好。(2錫層要求鍍錫完全覆蓋鋼基板表面,但實(shí)際鍍錫層存在許多小孔,其中暴露出鋼基板的孔隙稱露鐵點(diǎn)。鍍錫板上露鐵點(diǎn)的多少用孔隙度表示:每平方分米上孔隙數(shù)或孔隙面積。錫層連續(xù)性對耐腐蝕性的影響用鐵溶出值表示:指將一定面積的鍍錫板在模擬酸性溶液中保持一定溫度和時(shí)間后,測其鐵的溶出量。另外,鍍錫層錫的純度和錫層

4、晶粒大小也將影響錫層的耐腐蝕性。(3錫鐵合金層處于鋼基板和錫層之間的錫鐵合金層的主要成分是錫鐵金屬化合物FeSn,它不僅具有媒介作用,使錫牢固2地附著于鋼板表面,且可使錫層光亮,補(bǔ)償鍍錫層存在的孔隙,提高鋼板耐腐蝕性。提高FeSn合金層的連續(xù)性和致密性可以有效的提高鍍錫板的耐腐蝕性能。2(4氧化膜鍍錫板表面的氧化膜有兩種,一種是錫層本身氧化形成的SnO和SnO2;另一種是鍍錫板鈍化處理形成的含鉻化合物鈍化膜。SnO2是穩(wěn)定的化合物,而SnO是不穩(wěn)定的化合物,所以兩者的數(shù)量將影響鍍錫板的耐腐蝕性。含鉻鈍化膜使鍍錫板的耐腐蝕性大大提高,且鈍化膜中含鉻量越多,耐腐蝕性越好,可有效的抑制錫氧化變黃,硫

5、化變黑,但是鈍化膜在pH<5的環(huán)境中容易脫落。(5油膜鍍錫板表面的油膜將板與腐蝕性環(huán)境相隔開,防止錫層氧化。油膜在鍍錫板的使用和制罐中起潤滑劑作用,可有效地防止加工、運(yùn)輸過程中的錫層擦傷破損,導(dǎo)致鍍錫板的腐蝕。油膜也會(huì)對制罐加工、表面涂飾加工帶來不利影響。二、無錫薄鋼板(一鍍鉻薄鋼板TFS(tin of free steel鍍鉻板是由鋼基板、鉻層、水合氧化鉻層和油膜構(gòu)成。鍍鉻薄鋼板性能與使用(1機(jī)械性能與鍍錫鋼板相差不大;(2耐腐蝕性有較好的耐腐蝕性,但比鍍錫板稍差。(3加工性能鍍鉻板不能錫焊,制罐時(shí)接縫需采用熔接或黏結(jié)。適宜用于制造罐底、蓋和兩片罐。(4價(jià)格便宜鍍鉻板加涂料后具有的耐腐

6、蝕性比鍍錫板高,價(jià)格便宜低10%左右,具有較好的經(jīng)濟(jì)性,其使用量逐漸擴(kuò)大。(二鍍鋅薄鋼板(zincplate是在低碳鋼基板表面鍍上一層0.2mm以上的鋅層構(gòu)成的金屬板材。鍍鋅板主要用作大容量的包裝桶。(三低碳薄鋼板(low carbon steel plate低碳鋼板是指含碳量<0.25%、厚度為0.35-4.0mm的普通碳素鋼或優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的鋼板。低碳成分決定了低碳鋼板塑性性能好,易于成型加工和接縫的焊接加工,制成容器有較好的強(qiáng)度和剛性,而且價(jià)格便宜。在鋼板表面涂覆特殊涂料后用于灌裝飲料或其他產(chǎn)品,還可制成窄帶用來捆扎紙箱、木箱或包裝件。三、鋁質(zhì)包裝材料(aluminum鋁(alum

7、inum包裝材料的包裝性能優(yōu)良,廣泛用于食品包裝。主要是鋁合金薄板、鋁箔和鋁絲。(一鋁質(zhì)包裝材料一般包裝特性(1質(zhì)量輕:鋁是輕金屬密度為2.7g/cm³,約為鋼材的1/3;(2良好的熱性能:耐熱、導(dǎo)熱性能好;(3優(yōu)良的阻隔能力:阻氣、汽、水、油、光;(4具有銀白金屬光澤,易美化裝飾;(5良好的耐大氣腐蝕性;(6成型加工性好;(7較好的機(jī)械力學(xué)性能;強(qiáng)度不受低溫影響,特別適用于冷凍食品的包裝。(8純鋁易于制成鋁箔并可與紙、塑料膜復(fù)合,制成具有良好綜合包裝性能的復(fù)合包裝材料;(9價(jià)格較高,包裝廢棄物可回收利用;(10鋁焊接性很差,容器制造采用黏接加工。(二鋁質(zhì)包裝材料的種類及應(yīng)用1、鋁薄

8、板將工業(yè)純鋁或鋁合金制成厚度0.2mm以上的板材稱為鋁薄板。用于易拉罐、罐蓋、易拉蓋等。2、鋁箔(AL foil一種工業(yè)純鋁薄板經(jīng)多次冷軋、退火加工制成的金屬箔材。食品包裝用鋁箔厚度一般為0.05-0.07mm;與其他材料復(fù)合時(shí)鋁箔厚度為0.03-0.05mm;鋁箔厚度<0.015mm不能完全阻擋氣、水的透過;鋁箔厚度0.015mm的氣體透過系數(shù)為0。鋁箔很容易受到機(jī)械損傷及腐蝕,所以鋁箔較少單獨(dú)使用,通常與紙、塑料膜等材料復(fù)合使用。鋁箔復(fù)合膜的特性和用途鋁箔復(fù)合膜具有優(yōu)良的耐蝕、阻透、光屏蔽、密封性能,且強(qiáng)度好。大量用于食品的真空、充氣包裝,如制成蒸煮袋,制作多層復(fù)合袋,制軟管,作泡罩

9、包裝的蓋材,制作杯、盒、盤的蓋材,制成淺盤盒及制商標(biāo)等。四、金屬包裝容器(一金屬罐的分類、結(jié)構(gòu)及規(guī)格1、金屬罐(metal cans的分類食品包裝用金屬罐按所用材料、罐的結(jié)構(gòu)和外形及制罐工藝進(jìn)行分類。按罐是否有涂層分為素鐵罐和涂料罐;按食用時(shí)開罐方法不同分為罐蓋切開罐、易開蓋罐、罐身卷開罐等。2、金屬罐的結(jié)構(gòu)罐按結(jié)構(gòu)分為三片罐和兩片罐。三片罐由罐身、罐底和罐蓋3部分組成,罐身有接縫,罐身與罐蓋、罐底卷封(二重卷邊。大型罐的罐身有凸凹加強(qiáng)壓圈,起增強(qiáng)罐身強(qiáng)度和剛性作用。罐底與罐蓋的基本結(jié)構(gòu)基本相同,其結(jié)構(gòu)有蓋鉤圓邊、肩胛、外凸筋、斜坡、蓋心和密封膠幾部分組成。罐蓋有普通蓋和易拉蓋兩種。兩片罐是罐

10、身與罐底為一體的金屬罐,沒有罐身接縫,只有一道罐蓋與罐身卷封線,密封性比三片罐好。兩片罐與三片罐相比的特點(diǎn):1、兩片罐只有一個(gè)封口、無側(cè)縫,密封性好;2、無焊縫、無污染、表面光潔美觀,且可減少接縫材料25%-30%;3、兩片罐可整圓印刷裝飾;4、重量輕、省材料、容易開口;5、兩片罐更適于短時(shí)、高溫殺菌;6、但兩片罐的設(shè)備投資較大,約為三片罐的8倍3、罐型與規(guī)格按形可分為:圓罐、沖底圓罐、方罐、沖底方罐、橢圓罐、沖底橢圓罐、梯形罐和馬蹄形罐。(二其他金屬容器1、金屬軟管金屬軟管主要由鋁質(zhì)材料制成。將鋁料坯在擠壓機(jī)經(jīng)擠壓模制成管狀,加工管口螺紋,再按需截取管長,然后退火軟化,內(nèi)壁噴涂料、外表印刷制

11、成空軟管。金屬軟管可進(jìn)行高溫殺菌,開啟方便,再封性好,可分批取用內(nèi)裝食品。適用于果醬、果凍、調(diào)味品、蛋糕糖霜等半流體黏稠食品的包裝。2、金屬桶金屬桶一般指容量較大的金屬容器,容積一般為30200升。主要用于食品原料及中間產(chǎn)品的貯運(yùn),具有密封性好、強(qiáng)度好、耐熱、耐壓、耐沖擊,包裝可靠和可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。金屬桶可用鍍錫板、鍍鋅板、低碳鋼板制成。其中低碳鋼板制桶因價(jià)格低,使用量大。3、鋁箔容器是指以鋁箔為主體材料制成的剛性、半剛性或軟性容器。具有質(zhì)輕美觀、阻隔、傳熱性好等包裝特性,即可耐高溫殺菌,又可低溫冷凍、冷藏,加工性能好,可制成各種形狀容器且易彩印。鋁箔容器包裝還具有開啟使用方便、用后易處理等

12、優(yōu)點(diǎn)。鋁箔容器主要有皺襞鋁箔容器、光壁鋁箔容器和鋁箔復(fù)合膜蒸煮袋三種。第二節(jié)玻璃及其包裝容器3000多年前埃及人制造出玻璃容器,由此玻璃成為食品及其它物品的包裝材料。玻璃由石英石(主要組分、純堿(碳酸鈉,助溶劑、石灰石(碳酸鈣,穩(wěn)定劑等為主要原料,加入澄清劑、著色劑、脫色劑等,經(jīng)高溫爐(14001600熔融、冷凝而成的非晶體材料。一、瓶罐玻璃的化學(xué)組成及包裝特性(一瓶罐玻璃的化學(xué)組成用于食品包裝的瓶罐玻璃是氧化物玻璃種的鈉-鈣-硅系玻璃,主要成分為:SiO(60%75%,Na2O (8%45%,CaO (7%16%,Al2O3(2%8%,MgO (1%4%。2玻璃的種類:鈉鈣玻璃:包裝容器的玻

13、璃瓶鉛玻璃:光學(xué)玻璃(日光燈管硼玻璃:醫(yī)用注射玻璃瓶及玻璃管(二瓶罐玻璃的包裝特性1、化學(xué)穩(wěn)定性2、物理性能密度較大,重量大,運(yùn)輸成本高透光性好玻璃的導(dǎo)熱性能差,熱沖擊適應(yīng)能力差對氣、汽、水、油等各種物質(zhì)有高阻隔性,透過率為0,是作為食品包裝材料的又一突出優(yōu)點(diǎn)。3、機(jī)械性能玻璃硬度高,抗壓強(qiáng)度較高,但抗張強(qiáng)度小,脆性高,易破碎,抗沖擊強(qiáng)度低。4、成型性能加工性能好,可加工各種形狀的容器,易于上色,外觀光亮,但印刷等二次加工性差。5、原料來源豐富原料價(jià)格便宜,具有再回收利用的特點(diǎn)。廢棄玻璃可回爐焙煉,再成型玻璃制品。但玻璃加工能耗高。二、玻璃容器的發(fā)展玻璃容器重量大,易破碎的缺點(diǎn)使傳統(tǒng)玻璃容器在

14、食品包裝上的應(yīng)用受到影響,輕量瓶、強(qiáng)化瓶的出現(xiàn)為玻璃容器在包裝工業(yè)打開了新的局面。(一輕量瓶在保持玻璃容器的容量和強(qiáng)度條件下,通過減薄壁厚而減輕重量制得的瓶稱輕量瓶。(二強(qiáng)化瓶和強(qiáng)化措施為改善或提高玻璃容器的抗張強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度,采取一些強(qiáng)化措施使玻璃容器的強(qiáng)度得以明顯提高,強(qiáng)化處理后的玻璃瓶稱為強(qiáng)化瓶。1、物理強(qiáng)化玻璃容器的鋼化淬火處理2、化學(xué)強(qiáng)化化學(xué)鋼化處理(鉀離子置換鈉離子3、表面涂層強(qiáng)化(SnCl、TiCl444、高分子樹脂表面強(qiáng)化第三節(jié)陶瓷包裝材料我國是使用陶瓷制品歷史最悠久的國家,陶瓷制品用作食品包裝容器主要有瓶、罐、缸、壇等,主要用于酒類、咸菜等腌漬品以及傳統(tǒng)風(fēng)味食品的包裝。一、陶

15、瓷容器的主要原料1、粘性原料:高嶺土、黏土、陶土等。2、減黏性原料:石英、硅砂等。3、助熔性原料:長石、白云石、菱鎂礦石等4、釉料:釉是陶瓷坯體表面的一種玻璃態(tài)物質(zhì)?；瘜W(xué)成分與玻璃相似,主要是金屬氧化物和廢金屬氧化物的硅酸鹽溶液組成。釉膜可保護(hù)坯體,增加阻氣性、阻水性、保香性、提高使用強(qiáng)度。二、陶瓷容器的制造o陶瓷包裝容器的制造工藝： ü1、原料配制 ü2、泥坯成型 ü3、干燥 ü4、上釉 ü5、焙燒 三 、食品包裝用陶瓷容器 o陶瓷容器的原料組成、成型方法、成型工藝、釉料組成、燒結(jié)工藝條件等都會(huì)影響陶瓷容器的最終性能。 o食 品包裝的陶瓷容器主要有瓶 、罐、缸、壇等。 四 、陶瓷包裝容器的特點(diǎn) （1）陶瓷制品的原料豐富，成型工藝簡單，便宜； （2）耐火、耐熱、耐藥性好，可反復(fù)使用，廢棄物 對環(huán)境污染小； （3）具有高剛硬性能和高抗壓強(qiáng)度； （4）上彩釉陶瓷制品造型色彩美觀，