覆膜铁与涂料铁在金属包装应用中的性能研究

宋伟伟

【摘要】本文通过标准中常规测试方法、电化学阻抗谱和实罐保温评价了覆膜铁和涂料铁的各项性能。结果表明，覆膜铁板材抗酸性、抗硫性、耐蒸煮和抗冲击性与涂料铁相当，耐蚀力和抗划伤性能优于涂料铁；覆膜铁罐的电化学阻抗远大于涂料铁罐、覆膜铁罐抗硫性和耐蚀力测试优于涂料铁，耐蚀性能优良。实罐保温结果表明，覆膜铁罐在室温、37℃和55℃时，均表现出优于涂料铁罐的耐蚀性能。

【关键词】覆膜铁、涂料铁、金属包装、性能、研究

引言

覆膜铁是一种将塑料膜通过热熔或粘合法复合在金属基板表面的新型复合材料，兼具塑料薄膜和金属板材的双重特性。覆膜铁表面的膜是其重要的组成部分，厚度约为15μm～40μm，与基板复合的薄膜有PP、PET、PC、PE等，其中PET最为常见，综合性能最优，具有成型性、可杀菌性、耐磨、可印刷特性。PET膜从颜色上可分为透明膜、白色膜、金色膜和镭射膜。与传统马口铁包装材料相比，覆膜铁具有生产绿色环保，无废液、废气排放、不含双酚A、三聚氰胺等有害物质，耐加工、耐腐蚀和阻隔性好等优点，被广泛认为是未来金属包装行业马口铁的替代品。

20世纪80所代，日本首先推出了以镀铬铁为基板的覆膜铁，经过不断发展改进，覆膜铁在日本已构建了相对完整的生产和应用体系。1991年欧洲覆膜铁投产，德、英、美、法等国都研制成功了能完全替代马口铁的覆膜铁，但产量与日本仍有较大差距。奥瑞金自2006年开始研发食品包装用覆膜铁，已成功推出了商品化的覆膜铁产品。

本文通过国标中常规测试方法、电化学阻抗谱和实罐保湿试验对比了所产覆膜铁与涂料铁在应用中的性能。

1、实验方案

覆膜铁和涂料铁基板均为镀铬铁，DR材，厚度0.15mm，覆膜铁内外面皆覆膜，外表面彩印，涂料铁内面两涂两烘，外表面彩印，空罐538#DRD罐。两种彩印铁按国家标准中的相关项目进行测试，覆膜铁和涂料铁空罐按国家标准中的相关项目进行测试。

空罐电化学阻抗在瑞士万通电化学工作站进行测试，采用经典的三电极体系，金属罐内壁面为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，不锈钢为辅助电极，实验溶液为2%的NaS2O4溶液。

模拟现场灌装蕃茄酱，进行实罐保温实验，温度分别为室温、37℃和55℃，按时间依次开罐，每种开3罐，观察金属罐内壁腐蚀状况。测得灌装用蕃茄酱参数如表1所示，属于酸性较强的内容物。

表1 蕃茄酱内容物参数 实验结果

1.1 彩印铁测试

按QB/T 763-2006《涂覆镀锡（或铬）薄钢板》和QB/T 1877-2007《包装装潢镀锡（铬）薄钢板印刷品》标准进行相关项目测试，试验结果如表2所示。

表2 覆膜铁与涂料铁彩印铁测试结果

两种彩印铁的抗酸性和耐蒸煮性测试，试样表面均呈现无气泡、无脱落、无变色、无泛白的现象，抗硫性试验均无明显硫斑、无脱落。抗冲击性试验后，覆膜铁和涂料铁均无密集腐蚀点，无裂纹。覆膜铁的抗划伤性能远大于涂料铁，这是由于PET膜是作为一个整体热贴合在基板表面，抗划伤性能强，而涂料是固化在基板表面，抗划伤性能相对较弱。

覆膜铁和涂料铁耐蚀力试验后形貌如图1所示，耐蚀力试验显示，覆膜铁为0级，涂料铁为1级，覆膜铁的耐蚀力优于涂料铁，这是由于覆膜铁表面的PET膜，阻隔腐蚀介质的能力接近于完全阻遏，很难发生电化学腐蚀，涂料在金属基板表面固化时，可能会形成微小的孔隙，在电化学加速的条件下，会形成微小的原电池而加速腐蚀。

1.2 空罐测试

覆膜铁罐和涂料罐参照GB/T 17590-2008《铝易开盖二片罐》标准中相关项目进行测试，试验结果如表3所示。

表3 覆膜铁与涂料铁空罐测试结果

两种金属罐的抗酸性和内涂膜完整性测试结果都合格，抗酸性试验后罐体内壁均无剥离、脱落和明显腐蚀的现象，两种罐内涂膜电流值均小于0.5mA，说明罐体内壁没有擦伤、漏铁等局部缺陷。

抗硫试验显示，涂料铁罐内壁发现有轻度腐蚀，覆膜铁罐优于涂料铁罐。耐蒸煮试验中，覆膜铁翻边处有少许剥离，这与覆膜本身性质有关，覆膜作为一个整体贴合在基板表面，冲罐修边工序会在翻边处形成一定的应力，空罐蒸煮后会出现剥离，在修边前对罐体进行烘烤退火，降低残余应力，会提高罐体的耐蒸煮性能。

覆膜铁罐和涂为铁罐耐蚀力测试结果如图2所示。覆膜铁罐内壁没有发现腐蚀点，属于0级，涂料罐内壁腐蚀严重，属于3级，腐蚀多集中在底部膨胀圈处，这是由于覆膜铁加工性能优良，耐深冲，耐磨，在加工中不易破损，耐涂料铁韧性不足，在冲过程中，涂料易撕裂而产生细微缺陷，在耐蚀力加速腐蚀试验中，会产生腐蚀现象。

覆膜铁和涂料铁空罐的电化学阻抗Nyquist图如图3所示。从图3中可以看出，两种金属罐都表现为一个容抗弧，容抗弧半径越大，极化电阻越大，耐蚀性能就越好。

两种金属罐的电化学阻抗数据如表4所示。从表4中可以看出，覆膜铁罐的电化学阻抗值均大于涂料铁罐，说明制罐后，覆膜铁依然对腐蚀介质具有优异的阻隔性，耐蚀性能稳定。

表4 两种金属罐电化学阻抗值

1.3 实罐保温测试

将室温、37℃和55℃保温的蕃茄酱实罐按时间依次开罐，观察内壁的腐蚀状况，三种温度环境的实罐保湿测试结果如表5、图4和图5所示。

表5 实罐保温测试结果

从表5、图4、图5中可以看出，在室温条件下，3个月内覆膜铁罐与涂料铁罐均未发现腐蚀。37℃时，覆膜铁罐在3月中开罐均未发现腐蚀，涂料铁罐从第2月起，在罐口内壁出现轻度腐蚀，表现为少量点状凸起，至第3月腐蚀加重，呈现小片状腐蚀。55℃，覆膜铁罐在前2月中开罐均未发现腐蚀，至第3月，在罐口内壁出现少量点状凸起，涂料铁罐从第2月发现轻度腐蚀，至第3月严重腐蚀现象，涂膜出现鼓泡状。

三种温度环境实罐保温结果表明，在室温、37℃和55℃时覆膜铁罐耐蚀性能优于涂料铁罐。

结语

（1）彩印铁测试结果表明，覆膜罐抗抗酸性、抗硫性、耐蒸煮性和抗冲击性与涂料铁相当，而耐蚀力和抗划伤性能则优于涂料铁。

（2）空罐测试结果表明，覆膜铁罐与涂料罐抗酸性和内涂膜完整性测试均合格，覆膜铁罐抗硫性和耐蚀力优于涂料铁罐，在耐蒸煮性试验中，覆膜铁罐翻边处有少许剥离，通过改进生产工艺可以改善。

（3）空罐电化学阻抗测试表明，覆膜铁罐的电化学阻抗远大于涂料铁罐，覆膜铁罐的耐蚀性能优于涂料铁罐。

（4）实罐保温试验结果表明，覆膜铁罐在室温、37℃和55℃时，均具有良好的耐蚀性能，均显示优于涂料铁罐的耐蚀性能。

（本文摘自《中国包装工业》2015年11月号）