覆膜鐵與涂料鐵在金屬包裝應用中的性能研究

宋偉偉

【摘要】本文通過標準中常規測試方法、電化學阻抗譜和實罐保溫評價了覆膜鐵和涂料鐵的各項性能。結果表明，覆膜鐵板材抗酸性、抗硫性、耐蒸煮和抗沖擊性與涂料鐵相當，耐蝕力和抗劃傷性能優于涂料鐵；覆膜鐵罐的電化學阻抗遠大于涂料鐵罐、覆膜鐵罐抗硫性和耐蝕力測試優于涂料鐵，耐蝕性能優良。實罐保溫結果表明，覆膜鐵罐在室溫、37℃和55℃時，均表現出優于涂料鐵罐的耐蝕性能。

【關鍵詞】覆膜鐵、涂料鐵、金屬包裝、性能、研究

引言

覆膜鐵是一種將塑料膜通過熱熔或粘合法復合在金屬基板表面的新型復合材料，兼具塑料薄膜和金屬板材的雙重特性。覆膜鐵表面的膜是其重要的組成部分，厚度約為15μm～40μm，與基板復合的薄膜有PP、PET、PC、PE等，其中PET最為常見，綜合性能最優，具有成型性、可殺菌性、耐磨、可印刷特性。PET膜從顏色上可分為透明膜、白色膜、金色膜和鐳射膜。與傳統馬口鐵包裝材料相比，覆膜鐵具有生產綠色環保，無廢液、廢氣排放、不含雙酚A、三聚氰胺等有害物質，耐加工、耐腐蝕和阻隔性好等優點，被廣泛認為是未來金屬包裝行業馬口鐵的替代品。

20世紀80所代，日本首先推出了以鍍鉻鐵為基板的覆膜鐵，經過不斷發展改進，覆膜鐵在日本已構建了相對完整的生產和應用體系。1991年歐洲覆膜鐵投產，德、英、美、法等國都研制成功了能完全替代馬口鐵的覆膜鐵，但產量與日本仍有較大差距。奧瑞金自2006年開始研發食品包裝用覆膜鐵，已成功推出了商品化的覆膜鐵產品。

本文通過國標中常規測試方法、電化學阻抗譜和實罐保濕試驗對比了所產覆膜鐵與涂料鐵在應用中的性能。

1、實驗方案

覆膜鐵和涂料鐵基板均為鍍鉻鐵，DR材，厚度0.15mm，覆膜鐵內外面皆覆膜，外表面彩印，涂料鐵內面兩涂兩烘，外表面彩印，空罐538#DRD罐。兩種彩印鐵按國家標準中的相關項目進行測試，覆膜鐵和涂料鐵空罐按國家標準中的相關項目進行測試。

空罐電化學阻抗在瑞士萬通電化學工作站進行測試，采用經典的三電極體系，金屬罐內壁面為工作電極，銀/氯化銀電極為參比電極，不銹鋼為輔助電極，實驗溶液為2%的NaS2O4溶液。

模擬現場灌裝蕃茄醬，進行實罐保溫實驗，溫度分別為室溫、37℃和55℃，按時間依次開罐，每種開3罐，觀察金屬罐內壁腐蝕狀況。測得灌裝用蕃茄醬參數如表1所示，屬于酸性較強的內容物。

表1 蕃茄醬內容物參數 實驗結果

1.1 彩印鐵測試

按QB/T 763-2006《涂覆鍍錫（或鉻）薄鋼板》和QB/T 1877-2007《包裝裝潢鍍錫（鉻）薄鋼板印刷品》標準進行相關項目測試，試驗結果如表2所示。

表2 覆膜鐵與涂料鐵彩印鐵測試結果

兩種彩印鐵的抗酸性和耐蒸煮性測試，試樣表面均呈現無氣泡、無脫落、無變色、無泛白的現象，抗硫性試驗均無明顯硫斑、無脫落。抗沖擊性試驗后，覆膜鐵和涂料鐵均無密集腐蝕點，無裂紋。覆膜鐵的抗劃傷性能遠大于涂料鐵，這是由于PET膜是作為一個整體熱貼合在基板表面，抗劃傷性能強，而涂料是固化在基板表面，抗劃傷性能相對較弱。

覆膜鐵和涂料鐵耐蝕力試驗后形貌如圖1所示，耐蝕力試驗顯示，覆膜鐵為0級，涂料鐵為1級，覆膜鐵的耐蝕力優于涂料鐵，這是由于覆膜鐵表面的PET膜，阻隔腐蝕介質的能力接近于完全阻遏，很難發生電化學腐蝕，涂料在金屬基板表面固化時，可能會形成微小的孔隙，在電化學加速的條件下，會形成微小的原電池而加速腐蝕。

1.2 空罐測試

覆膜鐵罐和涂料罐參照GB/T 17590-2008《鋁易開蓋二片罐》標準中相關項目進行測試，試驗結果如表3所示。

表3 覆膜鐵與涂料鐵空罐測試結果

兩種金屬罐的抗酸性和內涂膜完整性測試結果都合格，抗酸性試驗后罐體內壁均無剝離、脫落和明顯腐蝕的現象，兩種罐內涂膜電流值均小于0.5mA，說明罐體內壁沒有擦傷、漏鐵等局部缺陷。

抗硫試驗顯示，涂料鐵罐內壁發現有輕度腐蝕，覆膜鐵罐優于涂料鐵罐。耐蒸煮試驗中，覆膜鐵翻邊處有少許剝離，這與覆膜本身性質有關，覆膜作為一個整體貼合在基板表面，沖罐修邊工序會在翻邊處形成一定的應力，空罐蒸煮后會出現剝離，在修邊前對罐體進行烘烤退火，降低殘余應力，會提高罐體的耐蒸煮性能。

覆膜鐵罐和涂為鐵罐耐蝕力測試結果如圖2所示。覆膜鐵罐內壁沒有發現腐蝕點，屬于0級，涂料罐內壁腐蝕嚴重，屬于3級，腐蝕多集中在底部膨脹圈處，這是由于覆膜鐵加工性能優良，耐深沖，耐磨，在加工中不易破損，耐涂料鐵韌性不足，在沖過程中，涂料易撕裂而產生細微缺陷，在耐蝕力加速腐蝕試驗中，會產生腐蝕現象。

覆膜鐵和涂料鐵空罐的電化學阻抗Nyquist圖如圖3所示。從圖3中可以看出，兩種金屬罐都表現為一個容抗弧，容抗弧半徑越大，極化電阻越大，耐蝕性能就越好。

兩種金屬罐的電化學阻抗數據如表4所示。從表4中可以看出，覆膜鐵罐的電化學阻抗值均大于涂料鐵罐，說明制罐后，覆膜鐵依然對腐蝕介質具有優異的阻隔性，耐蝕性能穩定。

表4 兩種金屬罐電化學阻抗值

1.3 實罐保溫測試

將室溫、37℃和55℃保溫的蕃茄醬實罐按時間依次開罐，觀察內壁的腐蝕狀況，三種溫度環境的實罐保濕測試結果如表5、圖4和圖5所示。

表5 實罐保溫測試結果

從表5、圖4、圖5中可以看出，在室溫條件下，3個月內覆膜鐵罐與涂料鐵罐均未發現腐蝕。37℃時，覆膜鐵罐在3月中開罐均未發現腐蝕，涂料鐵罐從第2月起，在罐口內壁出現輕度腐蝕，表現為少量點狀凸起，至第3月腐蝕加重，呈現小片狀腐蝕。55℃，覆膜鐵罐在前2月中開罐均未發現腐蝕，至第3月，在罐口內壁出現少量點狀凸起，涂料鐵罐從第2月發現輕度腐蝕，至第3月嚴重腐蝕現象，涂膜出現鼓泡狀。

三種溫度環境實罐保溫結果表明，在室溫、37℃和55℃時覆膜鐵罐耐蝕性能優于涂料鐵罐。

結語

（1）彩印鐵測試結果表明，覆膜罐抗抗酸性、抗硫性、耐蒸煮性和抗沖擊性與涂料鐵相當，而耐蝕力和抗劃傷性能則優于涂料鐵。

（2）空罐測試結果表明，覆膜鐵罐與涂料罐抗酸性和內涂膜完整性測試均合格，覆膜鐵罐抗硫性和耐蝕力優于涂料鐵罐，在耐蒸煮性試驗中，覆膜鐵罐翻邊處有少許剝離，通過改進生產工藝可以改善。

（3）空罐電化學阻抗測試表明，覆膜鐵罐的電化學阻抗遠大于涂料鐵罐，覆膜鐵罐的耐蝕性能優于涂料鐵罐。

（4）實罐保溫試驗結果表明，覆膜鐵罐在室溫、37℃和55℃時，均具有良好的耐蝕性能，均顯示優于涂料鐵罐的耐蝕性能。

（本文摘自《中國包裝工業》2015年11月號）