鋼桶傳統密封膠的改進

上海徐工涂料技術有限公司 徐國興

近年來，鋼桶產品發展很快，特別是多用途鋼桶及各種內涂

鋼桶的應用，遍及了，石油、化工、農藥、輕工、建筑、食品等行業。

閉口鋼桶包裝的物體大多為液體，所以其密封性能日益受到人們的重視。除了鋼材的質量、縫焊工藝以及卷邊技術外，影響鋼桶密封性能的最主要因素就是鋼桶密封膠。

自從本世紀三十年代，美孚石油公司在我國開設了國內第一個鋼桶制造廠以來，中國的鋼桶制造業已有六十多年的歷史，但鋼桶的密封膠卻一直沿用三十年代明膠加紅糖的組成物。直到前幾年，才有部分鋼桶制造廠改用天然乳膠等其它密封膠。雖然幾十年的歷史證明，明膠紅糖密封膠對鋼桶內裝物的適應性強，且經濟衛生，然而由于明膠紅糖組成物的熔融溫度較低，使得盛裝液體產品的鋼桶在夏日的陽光下以及鋼桶用戶進行熱液體物品灌裝時，容易發生密封膠熔融流淌，從而發生鋼桶滲漏。

那么，是否能夠通過某種改進措施，使得明膠紅糖組成物的熔融溫度提高，甚至不熔不融呢一系列的試驗證明，回答是肯定的。

一、明膠紅糖組成物簡解

鋼桶用的明膠紅糖組成的密封膠，是按一定的配比，將明膠放于水中高溫溶解，然后再加入紅糖攪拌均勻，再進行熟化而制成的。按這樣配比配制的鋼桶密封膠常溫下彈性好，有一定的機械強度，耐化學品及溶劑性能理想，同時又衛生無毒，成本低廉，固化迅速，體積變化小，常溫下密封效果優良。所以在經歷了六十多年之后，還有許多鋼桶制造廠在使用。但它的突出缺陷就是遇熱熔融流淌，從而造成鋼桶滲漏。

二、改進的試驗與分析

明膠紅糖組成的鋼桶密封膠，其組份中的紅糖只是起到了增塑和防腐的作用，明膠才是密封膠的關鍵成份。所以要改進這種密封膠，就要在明膠上下功夫。

1，明膠凍力與密封膠熔融溫度的關系

明膠的原料為動物的皮、骨、肌腱及韌帶等物。由于原料和生產工藝及品質的不同，造成了它的凍力及粘度的不同。凍力和粘度越高，它的品質越好，一般來說粘度與凍力成正比。

經試驗發現，使用的明膠凍力與粘度越高，所組成的密封膠的熔融溫度也越高。通過使用高凍力的明膠可以提高明膠紅糖組成的密封膠的熔融溫度，但當所用明膠的凍力高于160BL00M以后．密封膠的熔融溫度的升高曲線變得平坦起來。而且，國內作為產品的明膠其最高凍力也只有200BLOOM(G)。所以，通過提高明膠凍力的辦法來實現密封膠熔融溫度的上升，其幅度是極有限的，最高也到不了70℃。那么，看來只有在明膠分子結構上想辦法了。

2．螫合試驗

前文已介紹過，明膠的原料是動物的皮、骨、肌腱和韌帶。將這些原料中的膠原蛋白經提純和初級水解再經加工便制得明膠。所以．它的主要成分當然是天然蛋白質，而氨基酸則是蛋白質的基本結構單位。而且，大多數蛋白質臺有20種不同的氨基酸。但構成天然蛋白質的氨基酸幾乎全部具有L構型a型,即a一氨基酸。所有氧基酸均可用一個相同的通式來表示。各種氨基酸之間通過頭尾，即前一個氨基酸的羧基與后一個氨基酸的氨基縮合(脫水)構成大小不同的分子．稱之為肽。因其結構呈鏈狀，故其結構稱之為肽鏈(或多肽鏈)。這就是蛋白質分子的最簡單的結構形式。在這種結構中每個肽鏈都存在著氨基末端，每個肽鏈的長鏈當中也多有氨基存在，而氨基中的氮原子存在有未成鏈的多余電子，這就為與金屬離子的螯合提供了可能。

將硫酸鉻鉀配制成一定濃度，邊攪拌邊加入已經熔融的明膠紅糖密封膠中，不出數秒鐘，馬上覺得攪拌阻力增大。并很快由于密封膠成為固態而攪不動了。等冷卻后，放于烘箱中于100℃溫度下烘烤一小時未見軟化，再放于沸水中煮二小時，也未見溶解。這就是明膠蛋白質分子肽鏈上的氨基與鉻離子形成螯合物的結果。

在試驗中發現，這種螯臺物的形成速度很快，而且加入的硫酸鉻鉀如果充分，則這種明膠紅糖密封膠馬上形成堅硬的固體塊，幾乎沒有一點彈性，當然就不可能成為密封膠了。但如果作為螯臺劑的硫酸鉻鉀加入過少，則提高密封膠熔融溫度的作用不明顯。所以若以螯合的方法來提高明膠紅糖密封膠的熔融溫度，它的加入量以及加入方式是個關鍵。 l

3．交聯試驗

在螯合試驗中，由于螯合物的形成速度太快，使得投入實際生產過程中存在一定的困難，于是就想到了一種具有幾個活潑基團的有機化臺物作為交聯劑與明膠紅糖組成物中的蛋白質進行交聯試驗。此種交聯劑就是粘氯酸或叫二氯代丁烯醛酸及糠氯酸。

它具有活性較大的羧基、醛基以及氯基，這些活性基團均可與蛋白質肽鏈上的氨基反應。這幾個反應實際上是差不多同時進行的，甚至在同一個粘氯酸分子上同時進行這幾個反應。結果是蛋白質肽鏈與粘氯酸形成多元交聯，成為三維的立體網絡結構。

在試驗中發現，與螯合反應相比，用粘氯酸進行的交聯反應要顯得慢些。95℃時5分鐘后才開始增稠現象，約15分鐘后才漸漸成為彈性體，而且其彈性要比螯合物好。這可能是由于這種交聯化合物網狀結構中存在有粘氯酸的羧基與蛋白質肽鏈中的氨基反應生成的線性分子的緣故。這些因素為應用到鋼桶的實際生產中創造了較為有利的條件。

將粘氯酸加入量不同的五組明膠紅糖密封腔與粘氯酸形成的交聯化合物放于烘箱中，在100 ℃ 條件下保溫一小時后發現，加入粘氯酸最少的一份已軟化，其余均保持原狀。再將此五份樣品放人沸水中煮二小時后發現，加入粘氯酸最少的二份已溶解。依次軟化，稍軟化和保持原樣。這說明與螯臺物相似，粘氯酸的使用量是個關鍵。粘氯酸用量太足，則交聯化臺物彈性較差；若粘氯酸用量太少，則交聯化合物的熔融溫度提高不夠。

三、討論

由明膠紅糖配制而成的鋼桶密封膠，由于其組成成分的先天不足．存在著遇熱熔融的缺陷，但通過試驗證明，這種缺陷是可以克服的。然而，不管是用螯合的方法還是用交聯的方法，都還存在著一定的問題。

首先若是用螯合的方法，則存在著反應速度太快的問題。即使實際生產中如果解決了噴射前不固化的問題，在噴人卷合中的鋼桶時也會很快固化，從而造成卷邊不密封，甚至發生卷合滾輪凹槽裂開等問題。

第二，如果使用粘氯酸進行交聯的方法，則需要解決粘氯酸溶液在噴射過程中的飛濺問題。現在的卷合機在噴射明膠紅糖密封膠時大多存在著飛濺現象，若單是明膠紅糖密封膠濺到身上倒并無什么妨礙，但如果是濺到粘氯酸，就會發生灼傷。另外，對設備也有腐蝕作用。

第三，明膠紅糖組合成的鋼桶密封是無毒的，所以，使用這種密封膠的鋼桶可以盛裝糧油食品等物品。一旦形成螯合物或者交聯物后，是否還能保證衛生無毒，這恐怕還有待于經過食品衛生檢驗。

第四，不管是用鉻離子螯合的方法，還是用粘氯酸進行交聯的方法．如果要用到實際生產中都還存在一定的難度。因為在實際生產中，明膠紅糖是在高溫熔融狀態下噴向鋼桶底蓋合攏處的。在這種熔融溫度下，如果硫酸鉻鉀，或是粘氯酸預先加入的話，明膠紅糖密封膠就形成螯合物或交聯物而變為彈性體狀態，就噴不出了。因此，要想使明膠紅糖密封膠通過本文所說的螯合或者交聯的方法來克服它遇熱熔融的缺陷，并成功應用到實際生產中去，就必須搞兩套互成一定角度，以便使兩種液體噴射后能在空間充分混合的噴射裝置。而且首先兩者的噴射量要成精確的比例，其次還必須做到兩種液體在噴出后與到達卷合機上鋼桶桶身與底蓋卷合處之間的空中混合均勻。不然，會造成由整個密封膠組成的密封圈,有的地方螯合或交聯充分而造成這部分變的堅硬，從而失去密封性能；而另一地方則由于螯合或交聯過少，甚至不發生螯合或交聯，而仍然存在遇熱熔融的問題。

所以，由紅糖明膠組成的鋼桶密封膠，它遏熱熔融的缺陷，可以通過本文所說的用硫酸鉻鉀中的鉻離字與其進行螯合的方法，或者通過用粘氯酸與其進行交聯的方法得到解決。但是，這還只是一種試驗結果，如果要真正運用到實際的鋼桶生產中還需經過努力。