金属包装材料特性与资源化再生利用
文/曾广平
一、国内外对金属包装材料的限定要求
1、内涂层的限定要求
盛装食品的金属桶及罐头的内涂料对耐腐蚀性提出了更高的要求。例如，肉类罐头包装的内涂料要有耐脂肪、蛋白质的作用；装鱼蟹类产品的包装内涂料要耐硫化氢的侵蚀；装饮料的要耐溶剂、碳酸气等；装水果的要耐水果酸。如果盛装食品的金属包装容器由于其内壁涂料卫生质量达不到食品安全卫生要求，将会造成二次污染，从而影响其产品的内在质量。但是，我国允许使用在钢桶内壁上的食品涂料有：聚酰胺环氧树脂涂料、过氧乙烯涂料、有机氟涂料等。
在内壁涂料中主要的污染物包括游离酚、游离甲醛、双酚A及其衍生物。目前，国家标准中对游离酚和游离甲醛的迁移限量和检测方法已有明确的规定。比如，水基改性环氧易拉罐内壁涂料卫生标准GB11677；食品包装用聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯成型品卫生标准的分析方法GB/T 5009.60；食品罐头内壁环氧酚醛涂料卫生标准的分析方法GB/T5009.69等等。
针对双酚A及其衍生物的毒性及其对食品的迁移性，外国政府纷纷制定了关于食品包装中双酚A及其衍生物限量的法规。欧盟食品科学委员会（SCIENTIFIC COMMITTEE ON FOOD，SCF）发布的《2002/72/EC 委员会关于预期接触食品的塑性材料和物品指令》中规定：BPA的特定迁移极限SML=3mg/kg。《2002/16/EC 委员会关于与食品接触的材料和制品中使用某些环氧衍生物的指令》对BADGE、BADGE·2H2O、BADGE·H2O、BADGE·H2O·HCl、BADGE·2HCl、BADGE·HCl六种物质的特定迁移总量极限SML=1mg/kg。日本已经要求这些物质应小于5ppb，加拿大则即将禁止双酚A的使用。
发达国家对罐头用内壁涂料经过多年研究和毒理学评价，对食品内壁涂料质量提出新要求。涂料的树脂被认为可能会产生残留BADGE(双酚A缩水甘油醚)和BFDGE(双酚F缩水甘油醚)，虽然这些物质的量可能只有十亿分之几（PPb），但是这些物质被认为对人的遗传造成影响。日本已经要求这些物质应小于5ppb，而欧盟今后会要求完全不可检出。
2、金属离子溶出量的限定要求
直接接触食品的金属容器主要是食具，材料为不锈钢、铝合金等，在使用金属包装容器的过程中，如果使用不当就会使内装物中含有一些微量金属元素，这些元素会在人体中慢慢累积，当达到某一限度时，就会危害人体健康。
我国对铝制品、不锈钢等的食品包装容器金属离子溶出量都有相应的限定要求，比如，不锈钢食具容器卫生标准GB9684以及铝制食具容器卫生标准GB11333中，重金属溶出量限定要求如表1所示。欧盟对金属、合金、镀层的重金属溶出量限定如表2所示。
表1 金属溶出限定要求表
| 标准号 |
金属名称 |
限定要求/mg/L |
GB 9684 |
铅溶出量 |
≤1.0 |
铬溶出量 |
≤0.5 |
镍溶出量 |
≤3.0 |
镉溶出量 |
≤0.02 |
砷溶出量 |
≤0.04 |
GB 11333 |
铅溶出量 |
≤0.2 |
镉溶出量 |
≤0.02 |
砷溶出量 |
≤0.04 |
锌溶出量 |
≤1.0 |
表2 欧盟重金属限定要求表
| 重金属名称 |
限定要求/mg/dm2 |
铅溶出量 |
≤0.010 |
镉溶出量 |
≤0.005 |
铬溶出量 |
≤0.4 |
镍溶出量 |
≤0.1 |
铜溶出量 |
≤0.5 |
二、金属包装材料的安全影响因素
1、生命安全
金属包装是食品包装中的重要组成部分，其拥有塑料、纸包装所不能比拟的强度和刚性，并且拥有优异的阻隔性、阻气性、防潮性、遮光性和保香性。这些优势使金属包装大量的应用于啤酒、软饮料、固体饮料（如奶粉、咖啡等）、罐头等食品的包装。针对占有广阔市场的金属类食品包装容器，其对食品安全的潜在威胁主要存在于两个方面：首先是包装材料中金属离子的迁移对食品的污染，其次是金属罐内壁有机涂层中化学物质迁移引起的污染。
在使用金属包装容器的过程中，如果使用不当就会使内装物中含有其中的一些微量金属元素，这些元素会在人体中慢慢累积，当达到某一限度时，就会危害人体健康。不锈钢是由铁铬合金再掺入其他一些微量元素而制成的，如果长时间盛放强酸或强碱性食品，不锈钢中的铬、镍等元素就会溶出。铝制品主要的食品安全性问题在于铸铝中和回收铝中的杂质。目前使用的铝原料的纯度较高，有害金属较少，但是回收铝中的杂质和金属难以控制，易造成食品的污染。而对于焊接三片罐来说，使用的锡铅焊料也有可能污染内装物，从而危害到人体的健康。因此金属包装容器内涂层材料的保护作用不容忽视，尤其是对于应用于食品行业的金属包装。
内壁涂料可防止内容物与金属直接接触，避免电化学腐蚀，提高食品货架期，但涂层中的化学污染物也会在罐头的加工和贮藏过程中向内容物迁移从而造成污染。这类物质有BPA(双酚－A)、BADGE(双酚－A二缩水甘油醚)、NOGE(酚醛清漆甘油醚)及其衍生物。BPA环氧衍生物是一种环境激素，通过罐头食品进入体内，造成内分泌失衡及遗传基因变异；游离苯酚有特殊气味，低浓度的苯酚能使蛋白变性，高浓度的苯酚能使蛋白沉淀，并对皮肤和黏膜有强烈的腐蚀作用，会抑制中枢神经系统和损害肝肾功能；甲醛是一种无色易挥发、有强烈刺激性气味的气体，是健康的一大杀手，其35%～40%的水溶液俗称福尔马林，能与蛋白质结合，已被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。
在包装制品的生产过程中，包括选择材料及结构设计、生产工艺、涂装生产、使用储运的每一个环节，只要处理不当，均会对人体及环境造成伤害和污染，其中尤其以桶身磨边工艺的噪声和来自砂轮与钢板摩擦产生的烟尘对人体和环境的污染最为严重。
2、环境安全
金属包装从生命周期全过程，即采矿、冶炼、轧制成型到制作包装、使用废弃整个过程来看，对资源及能源的消耗均很大，对环境尤其是大气也造成了污染。
用金属材料制作包装，对环境造成污染最主要的有以下两点：一是金属材料的开采冶炼；二是包装制品的生产过程。
在金属冶炼过程中，高炉气中含有许多可燃成分（氢气、甲烷和有毒气体一氧化碳），如表3所示。它们不仅有毒，而且热含量高（每立方米900cal—1000cal或38J—43J），因此高炉气体不能直接排入大气中，可将它们用做供热厂的燃料燃烧。金属铝、铅和锡的生产过程与铁不同，不能利用高炉工艺从其氧化物中获取。铝矿石能用于溶解氧化铝，但不能溶解其他杂质（氧化铁）的浓苏打水处理。处理后这些杂质可通过过滤除去，其主要成分是氧化铁，它会形成红色的泥巴，很难有其他用途，而且这些红色的泥巴对土地形成了严重的污染。
表3 高炉气中可燃成分比例表
| 名称 |
非燃烧成分（%） |
名称 |
可燃烧成分（%） |
二氧化碳气体 |
10～16 |
甲烷 |
0～3 |
氮气 |
52～60 |
一氧化碳 |
23～30 |
氢气 |
0.5～4 |
/ |
/ |
金属包装易回收、再生利用或重复使用。在金属包装的再生利用中，容器中会有残余的内容物，在熔化高温下，有的分解成气体，有的燃烧后产生CO或CO2，有些变成熔渣，这样便产生了环境污染。一般大型炼钢厂设备先进，有一套较科学的处理方法，造成污染的可能性不大，但对小型废钢熔化厂来说，“三废”治理仍是一个有待解决的问题。
三、金属包装材料废弃物资源利用分析
金属包装废弃物是指失去或完成保持内装物原有价值和使用价值的功能，成为固体废物丢弃的金属包装容器及材料。据相关资料显示，美国每年产生城市生活垃圾1.5亿吨，我国城市人均垃圾年产量达到440kg，而这些城市生活垃圾中大约有1/3～1/2是包装废弃物，金属包装废弃物约占9%。
由于目前国家还未形成一套完整的回收包装废弃物的有效机制和相关配套政策，对金属包装废弃物的回收利用率很低，资源浪费严重，而且由于金属包装的内装物不同，使得废弃物中留有内装物残留，如果采用化学试剂进行清洗还会产生新的污染，这更加大了金属包装废弃物回收的难度。
1、金属废弃物分选
金属包装废弃物经常与其他包装废弃物以及其他城市生活垃圾混杂在一起，因此在回收利用的过程中，先要进行分选。分选的方法除了传统的人工分选外，还可以采用现代技术进行分选：利用磁性进行分选、利用重力进行分选、利用回转炉熔化分选等。
2、金属废弃物利用
重复使用：通过回收对各种不同规格、不同用途的金属罐、金属桶进行翻修整理，然后经过洗涤、烘干、喷漆等工序，重复使用。
回收再造：将回收的废旧金属罐、盒、桶等分别进行除漆等前期处理，然后成批量地回送到冶炼炉里重熔铸锭，进而重新轧制成铝材或钢材待用。
四、金属包装材料的发展趋势及建议
1、金属桶、罐的减量化，薄壁化将成为发展趋势
加强对绿色包装产业的研发和投入，大力开发适合循环经济的产品。为了减轻包装产品对生态环境的影响和更有效地利用自然资源，围绕包装新材料的开发和制造工艺的“减量化”、“薄壁化”进行多角度、多学科的研究，结合结构设计，争取在这些领域取得突破性进展。
在制桶方面，国外已普及超薄铁制罐、微卷封工艺和柔性化生产方案等。将制罐壁薄降至0.07mm～0.13mm，从而大大节省用材，降低资源消耗。而我国大多还使用0.20mm以上的马口铁制罐。但是国内某公司，去年研制成功薄壁三片罐，厚度与以往产品比减少了0.03mm～0.05mm，为我国创造“降低资源消耗，实现金属包装产业可持续发展”的自主研发之路，起到了模范作用。
2、发展优质高档精品罐、异形罐
目前，我国普通金属罐产品生产能力过剩、重复投资程度严重。但另一方面，能生产小容量、自热自冷罐、各种适合超市货架效果的异形罐、精品罐的企业又太少。罐形单一，几十年不变，难以满足包装时尚化发展的要求，制约了金属包装业的发展。因此，改变了单一柱形罐的老面孔，发展时尚多样的异形罐、优质高档罐，增强竞争实力，成为目前发展的一个重要趋势。
3、鼓励多色印刷、UV印刷以及无苯印刷
金属作为食品包装材料，一般需要在金属容器的内、外壁施涂涂料。外壁涂料主要是为防止外壁腐蚀以及起到装饰和广告的作用，应符合罐装食品加工及安全要求，涂料及油墨不得污染食品。为了扩大其销售性以及保证食品包装的安全性，采用多色印刷、UV印刷以及无苯印刷将成为发展趋势。
