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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作课题二2.3食品包装材料与容器（金属与玻璃包装材料与容器）上节回顾：1、高分子聚合物塑料的基本知识2、塑料的组成和分类3、塑料的主要包装性能指标4、常用的塑料树脂特点及其安全性课题引入：塑料包装材料是近几十年发展起来的现代包装材料，金属包装材料则有着近200年的历史，是现代食品包装的四大材料之一。而玻璃包装材料则有着3000年的历史，有着其他包装材料无可比拟的优点。本节课主要为大家简单介绍金属、玻璃以及陶瓷包装材料及容器。第一节 金属包装材料及容器金属包装材料和容器的优点：1. 耐加工性好；2. 环境适应性好；3. 隔绝保护性好；4. 表面
2、装饰性好；5. 加工技术与设备成熟，品种规格齐全。金属包装材料的缺点：1. 化学稳定性差；2. 重量大；3. 容器的开口性较差；4. 废弃物的处理比较困难。金属包装材料的主要类型目前金属包装材料主要以低碳钢和铝作为基材，其主要产品是马口铁（Tinplate），无锡钢板（Tin-free steel），铝（Al）和铝箔（Al foil）等。一、镀锡薄钢板（Tinplate）镀锡薄钢板是低碳薄钢板便面镀锡而制成的产品，建成镀锡板，俗称马口铁。（一）镀锡板的制造和结构组成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。马口铁由五部分组成，由内向外依次为：钢基板
3、、锡铁合金层、锡层、氧化膜、油膜。（二）镀锡板的主要性能指标1. 机械力学性能调质度是镀锡板机械性能的综合指数，通常用洛氏表面硬度（HR30T）表示。T值越大，其硬度也越高。一般制作食品空罐用T-2.5、T-3和T-4级的马口铁，制两片罐用T-1和T-2级的马口铁。2. 耐腐蚀性酸浸时滞值（PLV）-即钢基板浸入盐酸之时起至溶解反应速度恒定时所需要的时间（S）。铁溶出值（ISV）-将一定面积的镀锡板在模拟酸性液中保持一定温度和时间后，测其铁的溶出量。合金-锡电偶值（ATC）-以FeSn2合金为阴极，锡为阳极放置在排气的葡萄柚汁中，在20条件下反应2h后，测量其电流的强度值。镀锡层晶粒度-锡层在
4、氯化铁和硫化钠混合液中浸515秒，显示晶粒，按有色金属晶粒度等级评定。晶粒度越大，实际晶粒越小，一般要求小于9级。钢基板-取决于钢基板的成分和非金属夹杂物的数量及表面状态。锡层-要求镀锡均匀，无露铁点，孔隙度小，耐腐蚀程度越好。锡铁合金层FeSn2合金。提高锡铁合金层的连续性和致密度可以有效地提高镀锡板的耐腐蚀性能。氧化膜-锡层本身氧化形成FeSn2和SnO。油膜-防止锡层氧化和镀锡板生锈。（三）镀锡板的主要技术规格1. 镀锡板的尺寸和厚度规格国际上采用毫米作为镀锡板尺寸单位，板厚可直接用测厚仪测量，也可用每基箱的重量表示。我国常见镀锡板厚系列为0.2、0.23、0.25、0.28四种，板厚偏
5、差0.015mm。2. 镀锡板的镀锡量镀锡层的厚度以每平方米钢板上镀锡的克数（g/m2）来表示。（四）镀锡板的分类及代号（表4-2）（五）涂料镀锡板1. 涂料镀锡板的制造及主要质量要求由镀锡板经钝化处理、表面净化处理、喷涂料、烘烤固化而制成。涂层厚度：12g/m2以下质量要求：涂层的连续性。2. 食品包装对涂料的要求无味、无毒、无臭；良好的机械力学性能；足够的耐热性；施涂加工方便、干燥迅速。3. 常用涂料内涂料和外涂料；底涂料和面涂料；补涂料；一般涂料和冲拔罐涂料；抗酸涂料、抗硫涂料、抗酸抗硫两用涂料、抗粘涂料、其他专用涂料。二、无锡薄钢板（一）镀铬薄钢板 TFS （Tin-free stee
6、l ）1. 镀铬板的结构和制造镀铬薄钢板的结构由里向外依次为：钢基板、金属铬层、水合氧化铬层、油层。将轧制到一定厚度的薄钢板经电解、清洗、酸洗等处理后，在镀铬槽中镀铬，再经化学处理，水洗、风干、涂油即可制得镀锡薄钢板。2. 镀铬板的性能和使用（1）镀铬板的机械力学性能（2）镀铬板的耐腐蚀性抗酸性不如镀锡板，但涂料镀铬板抗腐蚀性好。（3）镀铬板的加工性能铬层韧性较差，加工时表面各层易损伤破裂；镀铬板不能锡焊；（4）价格便宜（二）镀锌薄钢板（zincplate）在低碳钢基板上镀一层0.02mm厚的锌层所构成的金属板材。镀锌板主要用作大容量的包装桶。（三）低碳薄钢板低碳薄钢板（low-carbon
7、steel plate）指含碳量0.25%、厚度0.354mm的普通碳素钢或优质碳素钢的钢板。三、铝质包装材料（aluminium）主要指铝合金薄板和铝箔。（一） 铝质包装材料的包装特性优点：具有优异的表面性能；表面易装饰；具有高的热传导率；质轻；较好的耐腐蚀性；成型加工性好；阻隔性好；无异味； 阻燃；阻光；无静电；无毒性；再循环性能好。缺点：耐酸、碱性较差；无磁性；无锡焊性；强度较低。（二）铝质包装材料的种类及应用1. 铝薄板（Al thin plate）厚度0.2mm以上。加入锰、镁强度和耐腐蚀度增加，成为防锈铝。用途：软管、易拉罐等。2. 铝箔（Al foil）厚度在0.0150.07m
8、m。用途：表4-9.四、金属包装容器（一）金属罐的分类、结构及规格1. 金属罐的分类P91表4-10。2. 金属罐的结构三片罐：罐身、罐底、罐盖。两片罐：罐身和罐底一体无接缝、罐盖。3. 罐型与规格罐型图4-6；规格表4-12。（二）金属罐的制造1. 三片罐（three-piece cans）P94（1）电阻焊三片罐（2）压接三片罐（3）粘接三片罐2. 二片罐（two piece cans）（1） 冲拔罐（DWI罐） 其制作主要经过两个重要过程，即预冲压和多次变薄拉伸，故称变薄拉伸罐。工艺过程如下：卷材下料 冲压预拉伸成坯 多次拉伸变薄 冲底成型 修边 清洗润滑油 烘干 涂白色珐琅质 表面印刷
9、 涂内壁 烘干 缩颈翻边 检漏 成品冲拔罐特点：长径比大（2：15：1），适合含气饮料包装。一般采用铝和马口铁生产，TFS板不适于冲拔工艺。（2）深冲罐（DRD罐） 是将板材经连续多次变径冲模而成的二片罐。加工工艺：下料 顶冲杯 再冲杯 翻边 冲底成型 修边 表面装饰 检漏 成品深冲罐的特点：壁厚均匀，强度刚性好，其长径比一般为1.5：1，设备成本较低。主要以TFS和马口铁板为材料，可加工圆形和异型罐。二片罐特点：二片罐只有一个封口，无侧缝，成型与操作方便，生产效率高，密封性好。无焊缝，无污染，表面光洁美观，可减少接缝用料2030%。二片罐可整圆印刷装饰，具有发展前途。重量轻，省材料，容易开口
10、。二片罐更适宜于短时、高温杀菌。二片罐的设备投资较大，约为三片罐的8倍。由于工艺的关系，二片罐较难适应多品种，多规格的变化，互换性较差。（三）金属罐的质量1. 空罐一般检测罐高、容量；罐内涂层状况；罐身焊缝强度；2. 二重卷边质量卷边的厚度、宽度、外观、密封性等。3. 其他质量耐压性、检漏、易开盖质量（五）金属包装制品的发展方向原材料制罐技术开发新产品（六）其他金属容器1. 金属软管2. 金属筒3. 铝箔容器第二节 玻璃包装材料及其容器何谓玻璃？玻璃是由硅砂（或称石英石：SiO2）、纯碱（Na2CO3）、石灰石（CaCO3）、长石（钾长石、钠长石、钙长石等）以及碎玻璃等为主要原料，经高温炉（约
11、1600）熔融、凝固而成的固体物质。玻璃包装容器的优点：无毒、无味，化学稳定性极好，卫生清洁，耐气候性好。光亮、透明、美观，隔绝性能极好，不透气。原料来源丰富、价格便宜；成型性好，加工方便，品种形状灵活；可回收及重复使用。耐热、耐压、耐清洗；可高温杀菌，也可低温贮藏。玻璃包装材料的缺点：重量大、运输费用高；脆性大、易破碎；加工能耗大；印刷等二次加工性能差。一、瓶罐玻璃的化学组成及包装特性（一）瓶罐玻璃的化学组成根据所用原料及化学成分的不同，玻璃可分为：1. 钠钙玻璃-CaO、Na2O的含量较高，且最易成型加工，成本低，通常用于耐热性和耐化学性能无特殊要求的场合，目前作为主要玻璃包装容器的玻璃瓶
12、、罐以及其他玻璃器皿、平板玻璃等均采用此种玻璃。2. 铅玻璃以PbO成分较多的一种光学玻璃，具有较高的光折射率，通常作为照明灯管使用。3. 硼硅酸玻璃是一种含B2O3成分较多的中性硬质耐热玻璃，耐化学性好，热膨胀系数低，在包装上主要用来制作医用注射药的小玻璃瓶以及其他玻璃管。瓶罐玻璃一般都属钠钙玻璃。（二）瓶罐玻璃的包装特性1. 化学性能玻璃是一种惰性材料，一般认为它对固体和液体内容物均具有化学稳定性，不会与之发生化学反应析出玻璃或其他有害物质。但对碱性溶液或高酸性内容物会有一定的影响，在氢氟酸溶液中会被完全溶解。2. 物理力学性能玻璃的力学性能主要表现为机械强度的大小。玻璃是一种脆性材料，理
13、论强度可达100000kg/cm2，实际强度仅为理论强度的1%（约2001000kg/cm2）。玻璃的强度与化学组成关系不大，主要取决于玻璃的表面状况。经退火或表面增强处理，强度达14002800kg/cm2 。3. 光学性能玻璃最显著的特点是光亮、透明。大多数玻璃除了紫外线不能透过外，其他光线均能透过。然而，高透明度对某些内容物包装是不利的。绿色、琥珀色、乳白色称为标准三色。4. 耐热性能玻璃具有很高的耐热和导热性能以及低膨胀系数，是铝的1/3，黄铜的2/5。它能经得起加工过程中540570的退火处理而不变形。普通玻璃对温度骤变而产生的热冲击的适应能力较差，特别是在厚度较大时极易发生破损。5
14、. 阻隔性能具有完全阻隔性能，作为容器，其密封性能较好，是一种完美的、高阻隔性的包装容器。6. 使用性能可作为原料进行回收再熔制；作为包装容器可以回收再利用。7. 成型性能玻璃是一种没有明显熔点的热塑性材料，因此只要选择了适当的模具、工艺，就能制成各种形状和大小的容器及制品。二、玻璃容器的结构及制造（一）玻璃容器的结构P1021. 瓶口2. 瓶身3. 瓶底（二）玻璃瓶罐制造工艺1. 配料将主要原料、辅助原料及碎玻璃经过干燥、粉碎、过筛后，按配方比例在混合机中混合。2. 熔制混合均匀的原料通过加料机加到用耐火材料砌成的熔窑中熔制。钠钙硅系玻璃的熔窑温度一般为14001600。在熔窑中发生一系列物
15、理和化学变化，使结晶原料组成的配合料转变为非结晶的、质地均匀的玻璃熔体。3. 成型供料机将在熔窑中制得的与玻璃瓶罐的重量相当的、粘稠的玻璃熔体料滴供给制瓶机，吹制成型。4. 退火退火是将成型后的玻璃容器置于退火炉中，加热到退火温度并保持一定时间，然后缓慢冷却的过程。（一般退火温度为520600）5. 瓶罐的二次加工经退火后的瓶罐大部分可直接使用，部分产品根据要求进行二次加工，如烧口、钢化、化学强化、研磨、抛光、印花等。三、玻璃容器的强度及影响因素（一）玻璃容器的包装强度1. 内压强度:指承受最大内部压力的能力。内压强度的大小主要决定于玻璃的强度和壁厚、直径等因素。形状越复杂，壁厚越小，内压强度
16、越低；圆筒型瓶罐容器内压强度较高，含气饮料或啤酒包装，一般要求内压大于26MPa。2. 热冲击强度:是用来衡量容器耐热变化的能力。它的大小主要决定于内外表面温差所产生的内应力的大小，它受到温差值和壁厚的影响。壁厚越小、内应力值就越小，热冲击强度就越大。容器底部的热冲击强度往往最小，因此也最易发生破损。3. 机械冲击强度:指容器承受外部冲击的能力，它是形成容器破损的主要原因。冲击强度的大小主要决定于离冲击点45处的扭应力的大小。壁厚越小、冲击强度就越小。另外，瓶口的耐冲击强度程度最小。4. 垂直荷重强度:指玻璃容器承受垂直负荷的能力。容器在压盖和堆垛时最为明显。垂直荷重强度的大小主要取决于容器肩
17、部的形状（曲率半径的大小）。曲率半径越大，垂直荷重强度就越大；反之，则强度越小。5. 水锤强度 也叫水冲击强度，它是指容器底部承受短时内部水冲击的能力。由于它常发生在包装运输过程中，因此，它并不作为容器本身的强度指标。(二)玻璃容器的破裂分析P1031、内压破裂2、外部冲击破裂3、热冲击破裂（三）玻璃容器的缓冲包装1. 在瓶与瓶之间用瓦楞纸板隔开。2. 用塑料气垫薄膜制成圆筒型，将瓶套入其中。3. 用模塑成一定形状的泡沫塑料保护瓶罐的关键部位或进行全方位保护。4. 用泡沫塑料网套套在瓶罐外面。5. 对较贵重的产品，可采用现场发泡的泡沫塑料进行缓冲包装。6. 用泡沫塑料小条、小块、纸丝等无定形缓
18、冲材料将瓶罐隔开。四、新型玻璃容器薄壁轻瓶在保证使用强度的前提下，通过降低瓶壁厚度减轻重量而制得的瓶称轻量瓶或薄壁轻瓶。轻量瓶在制造工艺上要求原材料和辅料质量稳定，玻璃的化学稳定性、热性能及机械强度等必须满足要求，轻量瓶的造型设计更需要避免有应力过于集中的部位。轻量瓶的强化技术（同样应用于其他玻璃容器）1. 物理强化(钢化淬火)瓶罐由制瓶机脱模后，立即送入钢化炉内均匀加热至软化温度，然后再在钢化室内用多孔风栅向瓶内外壁喷冷空气或在油浴中，将瓶快速冷却，使表面获得均匀的压应力，达到提高强度的目的。2. 化学强化主要通过离子交换反应，用半径较大的K+置换表层玻璃中半径较小的Na+。从而使玻璃表面形成高强度的压缩层，形成均匀的压应力，使瓶罐强度提高。3. 表面涂层强化热端涂层在瓶罐成型后送入退火炉之前，用液态的SnCl4或TiCl4喷射到热的瓶罐上，经分解氧化使其在瓶罐表面形成氧化锡或氧化钛层。这种方法又叫热涂。冷端涂层瓶罐退火后，将单硬脂酸、聚乙烯、油酸、硅烷、硅酮等用枪喷成雾状覆盖在瓶罐上，形成抗磨损及具有润滑性的保护层。4. 高分子树脂强化陶瓷包装容器(自学)小结：1、金属包装材料优缺点以及食品包装常用包装金属材料2、金属包装容器分类及特点3、玻璃包装材料特点及容器结构和特点。