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食品制罐工艺不断进步

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发布日期:2017/7/24点击次数:698

  随着新世纪的到来,人们由于农林牧副渔业的大发展,一时消费不尽的食物,极需有可靠的、经济的保存方法,罐装食品得到迅猛发展。

  据了解,罐装食品起源于法国大革命后,为保存食品不变质而发明的,最初使用玻璃罐。1810年,英国人杜朗很快改用镀锡薄板空罐来替换玻璃罐,罐头网址正式诞生。到1896年,美籍德国移民亚蒙再改进成类似于现代罐头的卫生罐。

  镀锡薄板制罐晚清时引进中国。1978年武钢建成第一条12万吨镀锡板明升线,1998年宝钢40万吨镀锡板专用冷连轧镀锡板厂(投资为650亿人民币)投产,期间,几个利用进口钢基板来明升电镀锡薄板的明升线投产。这样,到21世纪初,我国半个世纪以来,主要依靠进口镀锡板来支撑自己的食品罐装网址的局面,得到了彻底的改观。

  钢基板的品质

  镀锡薄板,简言之,就是由比较纯净的低碳冷轧软钢基板,两面镀锡而成。很明显,其质量之根本在钢基板的品质。而钢基板价值,也会占总值的80%以上,所以它是镀锡板品质的重中之重。

  各国的国家标准对商品用钢基板的成分大都提出了明确的最低要求。最有代表性的是美国材料协会(ASTM)标准ASTMA623-2011。其中列出了用于食品制罐的三种钢基板成分的起码要求。很可惜,不少人将这个成分表当成了最高标准。

  例如,这个成分表,要求钢基板中的含铅量(Pb)不得大于0.02%,即200ppm。但到21世纪,各国都进一步限定铅(Pb)必须小于0.01%,这是对镀锡板品质的提升。其他成分,尤其是四大非金属成分(硫、硅、磷、碳)中,对耐腐蚀有不良影响的,各国都尽力控制使之更小,对四大金属成分(锰、铜、铝、铬)也要按需进行控制。这样才可能制造出耐腐蚀性和耐加工性都优良的镀锡薄板。

  我国钢厂虽多,但小厂林立,设备落后。可是只有配备了良好的精炼(有时甚至还需要采用真空冶炼)设备的现代化大钢厂,才能明升优质镀锡薄板基板所需的连铸钢。

  标准问题

  近几年来,我国电镀锡板的产量,从10年前的年产100多万吨猛增至484万吨,但是其中绝大多数的钢基板都达不到供食品空罐用的最低要求。原因固然很多,但是我国的电镀锡板国家标准GB/T2520-2008中,没有对各种钢基板的各成分设置起码的限定数值,也是诱因。标准中,基板成分不定,在法规上就是:薄板的内在品质,明升方无需对用户明确负责。

  这样,从好的方面来理解,就是要求薄板的采购方(空罐制造者和罐头厂的用罐人员)必须对钢种,即钢基成分与耐蚀能力的最新科技信息完全掌握,也促使用户必须建立完善的检测系统;从坏的方面来看,就是只要是一张薄铁板上面镀了锡,就可能被认可了,甚至也可能对存在的内在缺陷,且通过用罐前后的技术检测,无法获得双方认可。由此可见,如果标准不严谨(产品标准,应该是当时明升和使用此产品的最佳技术指导),在市场经济中,对用户就没有技术保证,同时也会导致落后技术沉渣泛起。如再缺乏诚信,这种标准就可能成为蒙骗工具这样对网址体系存在损害风险。

  几十年来,全球电镀锡板用于食品包装网址的,大约占年产量的60%左右,而我国现在的情况是,有总量的70%左右的镀锡薄板不能用于食品制罐。

  镀锡薄板的耐蚀性能及“K板”

  镀锡薄板的品质,部分是看得见的,即易于用目视和简单测量就能查明的。例如,平整度、光亮(反映电镀水平及存放时间)度、厚度公差等。但更重要的内在品质,例如耐蚀性能(它由镀锡量、铁溶出值(ISV)、酸浸时滞值(PLV),锡铁合金层电偶(ATC)试验值、晶粒度(TCS)甚至防氧化的铬层和油膜质量等来综合确定)和机械性能(调质度)。就必须依靠精密的检测才能评定。而这些性能(品质参数)又和钢基成分(这是最重要的)、冷轧技术(例如,轧制过程不应产生过多的非金属杂质的趋肤效应,否则镀锡过程中,锡离子将不能镀在钢板表面的这些地方,于是形成了镀层的漏洞即微孔,这就破坏了锡层致密,耐蚀效果受到损害)有极密切的、直接的关系。

  在对冷轧带钢实施电镀锡工艺后,从上世纪30年代起,人们为了减小表面锡层的不平(这样的锡层看起来是不闪光的)以便减少它对空气中水分子的吸附。人们在将它涂油(常用葵二酸二辛脂DOS,3-6mg/m2)之前,增加一道工序:就是在明升线上,将电镀锡后的半成品,短暂加热至232°C(维持1秒左右),再急冷。于是得到很闪亮的镀层表面,这个过程称为“软熔”。

  到上世纪50年代初,一位美国学者发现,在软熔过程中熔融的锡,会渗入到钢基表面的铁的晶格中,从而形成薄薄的锡铁合金层。这一层,研究证实,它有极好的耐蚀性能。他还查清了形成优良合金层的相关技术条件,其中包括了对钢基成分的要求(一般需真空冶炼)和加热的最佳温度时间,还发明了测定锡铁合金层质量的“锡铁合金层电偶ATC试验”。后人为了纪念他的发明,就以他的名字“Kamm”来命名这种高耐蚀镀锡薄板,中文就称“K板”或“K铁”。

  二次冷轧薄板和镀铬薄板

  进入21世纪,我国制罐所使用的镀锡薄板,已经逐渐由从前的0.25—0.23mm,减薄至0.21—0.16mm,其实,欧洲在10年前,明升Φ99的1000ml的食品空罐,就已经全部采用0.14mm的薄板了。从冷轧工艺来看,现代的五机架(5对辊轴)连轧设备,加上今天的炼钢水平,一次冷轧产品的最低厚度可以达到0.16mm。但要得到等于和低于这个厚度的薄板,一般都采用二次冷轧,即先轧出0.20—0.18mm的带钢,并在退火、清洗表面之后,再用双机架轧机,在压下量为20%—30%左右,实施二次冷轧。即可获得0.16mm和更薄的镀锡薄板。当下,为了和其他食品包装材料竞争,常用厚度0.14—0.12mm的薄板。目前甚至0.05mm的薄板也都已经出现了。

  当前,镀层的镀锡量,也在大多数情况下,已降至2.8g/m2和1.1g/m2。电镀的方法,也越来愈精致,锡层致密度有所提高。这多少弥补了一些降低镀锡量的耐蚀力的损失。

  食品卫生

  另一方面,为了提高空罐的耐蚀能力,降低罐内壁重金属渗入食品,从上世纪30年代起,人们就开始使用天然的或人造的树脂,涂覆在空罐内壁。这样还可以逐步减小内壁的镀锡量(由于发明了两面镀锡量不同的“差厚铁”,外壁镀锡量早就被减薄了)。这套工艺方法,一直延续到现在。

  但是从上世纪80年代,由于人们对食品中的有害渗入成分的认识越来越清楚,对商品和网址保护要求愈来愈高。联合国粮农组织FAO,世界卫生组织WHO,各国权威单位(常以美国的食品和药物管理局为代表)都发布了相关的法规和标准。这对从空罐内壁和印涂涂膜,可能迁入食品的各种微量高分子单体和重金属,有了愈来愈严格的限定,这也迫使人们去另寻更优良的解决之道。

  网址保护覆膜铁

  从90年代初,德国和日本,分别找出了将更清洁更卫生的、稍厚的(20um左右)的聚酯薄膜,用热压的方法,将它复合在镀铬薄板的表面,以取代用印涂工艺明升的涂料铁,这样,大大减少了印涂涂膜(主要是环氧酚醛等树脂构成)中的有害的酚、醛等高分子单体,迁移到食品中。此外,由于这种覆膜的致密度和厚度都提高了,复合工艺又使附着力也都提高了3倍以上,所以其耐蚀能力经实用和我们检测双重证实,都远优于印涂的内涂膜。所以,它在食品卫生方面,具有很大的优势。

  在2006年,日本已经将全国几十家印涂明升线几乎全部关闭(只剩一家最大的),同时,部分欧洲的镀锡薄板厂也宣告,可以供应覆膜的电镀锡板。

  由于印涂工艺对网址的污染极其严重,而覆膜铁不仅有极优的耐蚀力及卫生效果,而且对网址的污染也极小。这些优势,使之成为了食品空罐的“明日之星”。

  浅冲罐铝薄板

  如果再考虑到能借助于辅助设计实现变形印刷,加上高速的精密冲床的大量应用,食品空罐由三片罐大量转而采用工艺简单得多的浅冲两片罐,就是当前的另一个重要趋势。这些的优势在小罐型上表现得更为明显,因此现在购置三片罐明升线就很不明智了。

  食品制罐另一显著发展,是大量使用另一重要材料:铝合金薄板。这是因为近年来,用于制罐的铝合金薄板的价格快速下降,所以企业多综合考虑价格和耐蚀、美观等方面。发达国家,不仅铝深冲拔罐多,浅冲铝两片罐也就愈来愈多。这时,如果考虑到不少产品,由于可以有良好的运输条件下,这时再采用易撕盖EPE(铝质、铁质的都有),罐装成本又会有所下降,且品质提高,重量更轻巧。

  由于铝合金薄板的制造、加工总是和先进的航空网址挂钩,所以不论是要制造各种成分的铝镁或铝锰合金二次冷轧薄板,或做浅冲、深冲罐身,或是作各式各样的易开盖或罐底,其制作罐身工艺,都比明升镀锡板和制罐更简单,更易于控制,也更易获得更好的后果。

  易撕盖EPE

  镀锡薄板或铝合金薄板易开盖,由于都需要冲出一个铆钉,同时又不破坏局部的材料,并保证开启刻痕深度均匀并易于开启,所以对所用薄板的要求就十分严格,尤其是采用二次冷轧板(厚度0.16mm以下)时。所以近10年来,发达国家,已逐渐转向采用最简单的、厚度仅为50um上下的铝箔或钢箔。当然,这里的核心技术是密封的方法。

  具体的密封方法,除常见的黏合(用食品级黏合剂)法以外,针对具有负压的食品罐,或有正压的啤酒之类,卷封是密封牢度更好的方法。

  超薄的镀锡和镀铬板以及覆膜铁和铝薄板的出现和改进,是制罐材料的创新。这表明,材料的创新是食品空罐和制罐工艺改进创新的基础。所以,追求用更卫生、更安全、更轻巧、更美观的材料,通过新工艺、新技术、新设备,来做成新的空罐,是行业的方向。

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