金屬包裝材料的優勢及運用
文/鳳巢
鋼材
1.低碳薄鋼板
金屬學中把含碳量小于0.25%的鐵碳合金叫做低碳鋼，用低碳鋼制作的薄鋼板稱為低碳薄鋼板。低碳薄鋼板是由鋼錠或連續鑄造鋼材經軋制而成的。按軋制方法不同可把低碳薄鋼板分為熱軋低碳薄鋼板和冷軋低碳薄鋼板兩類。它可以作為生產鍍錫薄鋼板和非鍍錫薄鋼板的原板;也可以直接制造金屬包裝容器，如集裝箱、普通鋼桶等;也可用作捆扎材料。用它制成的容器具有更大的強度和剛度，并具有成本低廉、加工性能好等優點。
我國用于制造金屬包裝容器的低碳薄鋼板有普通碳素結構鋼低碳薄鋼板和優質碳素結構鋼低碳薄鋼板。當金屬包裝容器的機械性能要求不高，且不需要經受深沖壓時，可選用普通碳素結構鋼低碳薄鋼板。當金屬包裝容器的機械性能要求較高時，可選用優質碳素結構鋼低碳薄鋼板。制造金屬包裝容器的低碳薄鋼板的含碳量一般在0.05%～0.22%之間。
2.馬口鐵
馬口鐵是電鍍錫薄鋼板的俗稱，英文縮寫為SPTE，是指兩面鍍有商業純錫的冷軋低碳薄鋼板或鋼帶，又叫鍍錫鐵。錫主要起防止腐蝕與生銹的作用。它將鋼的強度和成型性與錫的耐蝕性、錫焊性和美觀的外表結合于一種材料之中，具有耐腐蝕、無毒、強度高、延展性好的特性。馬口鐵早期稱洋鐵(Tin Plate)，因為中國第一批洋鐵是于清代中葉自澳門進口，澳門當時音譯“馬口”，故中國人一般稱之為“馬口鐵”。
鍍錫板的特性，因鍍錫方法、鍍層厚度和表面處理方法的不同而異。但對特性有本質影響的，乃是鍍錫原板的成分。鍍錫原板的化學成分見表1。鍍錫板是由鋼基板、錫鐵合金層、錫層、氧化膜和油膜五層構成，值得注意的是在鋼基板與錫層之間產生了一層錫鐵合金。這是在鋼板上鍍錫后進行軟熔處理和鈍化處理而產生的，它不僅具有媒介作用，使錫牢固地附著于鋼板表面，而且還可使錫層光亮，補償鍍錫層存在的孔隙，提高鋼板耐腐蝕性。一般來說，鍍錫層的厚度為0.5～2.0μm，熱鍍錫方法的錫層厚度大于電鍍錫方法的錫層厚度。盡管上面的錫層很薄，但它是非常有用的“外衣”。鐵皮穿上了這件外衣，不僅美觀，而且擁有了很多優良的特性。錫的化學性質十分穩定，它與水不會發生化學反應，即使讓它長期與潮濕空氣接觸，也只會在它的表面逐漸形成一層密密的氧化物薄膜，這層薄膜能防止錫的繼續氧化，這正是鍍錫鐵皮抗腐蝕的原因。
金屬包裝主要以馬口鐵片為原料，馬口鐵片以日本、韓國、臺灣等地的質量為上乘，因為馬口鐵片質地柔軟又富彈性，便于塑造不同的形狀。一般用馬口鐵包裝的商品以高檔市場為目標，世界馬口鐵包裝的主要消費市場在歐美。馬口鐵盒主要用于食品的包裝，其他則用于酒類、巧克力和茶葉的包裝，其次煙草業的市場亦很龐大，因為這類產品需要密封的馬口鐵盒包裝。
3.無錫鋼板
鍍鉻薄鋼板簡稱鍍鉻板，系無錫鋼板，是由于金屬錫資源少、成本偏高而研制的新型制罐材料。美國、歐洲和日本都有越來越多的應用，取代部分鍍錫板用材。鉻是一種堅硬、帶銀白色光澤的金屬，硬度、耐磨性、基體結合性都很好，耐熱性也較高。鍍鉻板采用的原板和鍍錫板是一樣的，都是低碳結構薄鋼板，但鍍鉻層很薄(<1.3μm)，其工藝和鍍錫板相同。因此一般原有鍍錫生產線只需略加改造，加裝鍍鉻槽就可實現鍍錫或鍍鉻兩用。鍍鉻板的結構有4層：鋼基板、金屬鉻層、水合氧化鉻層和油膜。鍍鉻板耐蝕性雖比不上鍍錫板，卻也有一定的耐蝕性，用于弱酸性食品的包裝還是適合的。這類食品在國際市場用量很大，如肉、魚、禽、乳制品、蔬菜、胡蘿卜、豌豆、甜菜、土豆以及各種飲料、湯類等。目前鍍鉻鋼板在國內主要用于制作啤酒瓶蓋，飲料及中性食品罐涂料蓋，作食品罐還很少。
4.白鐵皮
鍍鋅薄鋼板又稱白鐵皮，是制桶(罐)的材料之一，主要用于制造工業產品包裝容器。它是在酸洗薄鋼板后，經過熱浸鍍鋅處理，使鋼板表面鍍上厚度為0.02mm以上的鋅保護層。因為鋅的電極電位比鐵低，化學性質比較活潑，在空氣中能很快生成一層氧化鋅薄膜，這層氧化鋅薄膜非常致密，保護了里面的鋅和鋼板不受腐蝕，即使擦破了鍍鋅層，由于鋅先發生氧化而保護了鐵，這樣大大提高了鋼板的耐腐蝕性能。用鍍鋅板制成容器后，就不必再進行表面防腐處理，因此，鍍鋅薄鋼板被廣泛用來制作金屬包裝容器，這種容器強度高、密封性能好，是工業產品包裝中應用較多的包裝材料。
鍍鋅鋼板，俗稱白鐵皮，是表面鍍鋅的低碳薄鋼板。鍍鋅層是保護性鍍層，可以保護鋼板在使用過程中免受大氣的腐蝕。鍍鋅層一般都要經過鈍化處理，在鉻酸或鉻酸鹽溶液中鈍化后所形成的鈍化膜不易與潮濕空氣作用，防腐能力較強。但鋅易溶于酸或堿，且易與硫化物反應，所以不適于包裝呈酸性、堿性或硫化物的產品。
5.涂層鋼板
涂層鋼板，即有機涂層鋼板，是指有機涂料涂敷于鋼板表面獲得的涂裝金屬材料。此類涂層鋼板在制作成各類包裝產品后無須再進行涂裝工序，所以又常將涂層鋼板歸為預涂層鋼板。據有關專家估計，涂層鋼板將廣泛用于金屬包裝行業，以取代目前金屬包裝產品在生產過程中涂裝的落后生產工藝。涂層鋼板兼有有機聚合物與鋼板兩者的優點，既有有機聚合物的良好著色性、成型性、耐蝕性，又有鋼板的高強度和易加工性，能很容易地進行沖裁、彎曲、深沖、焊接等加工。
在近年的歐洲包裝競賽中，獲得最佳獎的均是金屬罐，它采用易開蓋和普通的厚度為0.17mm鋼板基材，在其表面涂裝聚合物涂料而組成的包裝鋼板。生產商認為，也可以使用撕離蓋，而且在蒸煮罐頭時不必排氣。這種方罐比圓形包裝少占20%的空間，軸向承載能力為2kN，完全在常規金屬罐的性能范圍之內，并且罐身的4個側面可以印刷高質量的圖案。
英國卡瑞斯公司幾年前向市場投放了一種最新的裝飾性鋼板，這種材料由氧化鉻電鍍鋼板及其表面的幾層聚合物涂料膜組成，目前已在歐洲得到了應用。這種聚合物噴涂材料有幾層復合薄膜，可以金屬化，并能夠印上全息商標。它有保護層，有利于印刷。由于整個工藝是在平面上進行的，因此該系列裝飾性鋼板不適合于拉伸罐，但是對裝飾容器、易開蓋、擰斷蓋、皇冠蓋、復合罐端蓋和三片罐者是理想的材料。該材料表面光潔亮麗，一經問世就打開了馬口鐵容器市場。
英國的弗瑞萊特公司是最有名的聚合物涂覆鋼材供應商，其產品已在市場上銷售了好幾年。把聚合物薄膜膠結到鋼板的表面時，須把材料熔融并急劇冷卻，以便制作阻隔性好、抗腐蝕性強和引人注目的包裝。還有一種新型的涂覆工藝是把樹脂直接擠壓到鋼板上，目前已用于食品罐的生產。
6.覆膜鐵
通過熔融法或黏合法，將塑料薄膜復合在冷軋薄鋼板上制成的復合材料稱為“覆膜鐵”(Laminated Steel)，相對涂料鐵，也可稱為“涂塑鐵”。這類復合材料10多年前已在家電、裝飾材料上得到普遍使用。但在印鐵制罐行業上得到應用還是近幾年開始興起的。
覆膜鐵的耐沖、耐腐蝕性是涂料鐵所不能比擬的。因為是塑料薄膜的復合板。也就是說，涂料鐵存在耐腐蝕性和附著力的矛盾，而對于覆膜鐵而言就輕易解決了，這對番茄醬罐、二片罐的包裝來說，覆膜鐵是理想的材料。由于覆膜鐵是一種兼有塑料薄膜和金屬板材雙重特點的金屬材料。因此，一般情況下，不必用馬口鐵作底材去生產覆膜鐵，這在當前馬口鐵價格暴漲的形勢下，采用冷軋板覆膜，其成本優勢是顯而易見的。覆膜鐵的生產無大量溶劑廢氣排出，而且成膜溫度也只有70℃左右，所以，其生產成本也大大低于涂料鐵。
鋁材
鋁是一種資源豐富的白色輕金屬，全世界的鋁產量僅次于鋼鐵。它在包裝工業中的應用在有色金屬中占首位。近年來，鋁在包裝方面用量越來越大，這是由于它具有一系列優良性能。它密度小，僅為鋼的1/3，重量較輕;有優良的加工性，易于沖壓成各種復雜的形狀;耐腐蝕性強，不會生銹;阻隔性、遮光性、保香性極好，能有效地保護產品;導熱率高，便于對鋁質罐頭殺菌;呈銀白色，色澤美觀，且對光的反射率大，易于印刷，印刷效果好;無毒無味，不會因鋁離子逸出而給內裝食品帶來異味;廢鋁容器可以回收重熔，無環境污染等。鋁作為包裝材料，一般被制成鋁板、鋁塊和鋁箔以及鍍鋁薄膜。鋁板通常作為制罐材料或制蓋材料;鋁塊用來制造擠壓成形和減薄拉伸成型的罐;鋁箔一般用來做防潮內包裝或制作復合材料以及軟包裝等。
