第四章金属、玻璃、陶瓷包装一材料及容器
第一节 金属包装材料及容器
金属材料 (metal material)用于食品包装有近
200年的历史 。 金属包装材料以金属薄板或箔材为原材料,再加工成各种形式的容器来包装食品 。 由于金属包装材料及容器具有优良的包装特性和包装效果,包装材料及容器的生产效率高,以及包装食品良好的流通贮藏性能等,其在食品包装上的应用越来越广泛,成为现代最重要的四大包装材料之一 。
金属包装材料的性能优良表现为：
(1)高阻隔性能 (resistibility) 金属材料可阻挡气,汽,水,油,光等物质的通过,用于食品包装表现出极好的保护功能,使包装食品有较长的货架寿命 。
(2)机械力学性能优良 金属材料具有良好抗张,抗压,抗弯强度,韧性及硬度,用作食品包装表现出耐压,耐温湿度变化和耐虫害,包装的食品便于运输和贮存,使商品的销售半径大为增加；同时适宜包装的机械化,自动化操作,密封可靠,效率高 。
(3)容器成型加工性好且生产效率高 金属具有的良好塑性变形性能使其易于制成食品包装所需要的各种形状容器 。 现代金属容器加工技术与设备成熟,生产效率高,如马口铁三片罐生产线生产速度可达 1200罐／ min,铝质二片罐生产线生产速度达 3600罐／ min,可以满足食品大规模自动化生产的需要 。
(4)具有良好耐高低温性,良好的导热性,耐热冲击性 金属材料这一特性使其用作食品包装可以适应食品冷热加工,高温杀菌以及杀菌后的快速冷却等加工需要 。
(5)金属包装制品表面装饰性好 金属具有光泽,且可通过表面彩印装饰提供更理想的美观的商品形象,以吸引消费者,促进销售 。
(6)金属包装废弃物较易回收处理 金属包装废弃物的易回收处理减少了对环境的污染,同时,它的回炉再生可节约资源,节省能源,这在提倡,绿色包装,的今天显得尤为重要 。
金属材料用作食品包装的缺点是：化学稳定性差,
不耐酸碱腐蚀,特别是用其包装高酸性内容物时易被腐蚀,同时金属离子易析出而影响食品风味,这在一定程度上限制了它的使用范围,一般需在金属包装容器内壁施涂涂料,以弥补这个缺点 。 另一个缺点是价格较贵,但会随着生产技术的进步和大规模化生产而得以改善 。
食品包装常用金属材料按材质主要分为两类：
一类为钢基包装材料,包括镀锡薄钢板 (马口铁 ),镀铬薄钢板 (TFS板 ),涂料板,镀锌板,
不锈钢板等；另一类为铝质包装材料,包括铝合金薄板,铝箔,铝丝等 。
一,镀锡薄钢板
镀锡薄钢板 (tinplate)是低碳薄钢板表面镀锡而制成的产品,简称镀锡板,俗称马口铁板 。 它大量用于制造包装食品的各种容器,也可为由其他材料制成的容器配制容器盖或底 。
(一 )镀锡板的制造和结构组成
镀锡板是将低碳钢 (C＜ 0,13％ )轧制成约
2mm厚的钢带,然后经酸洗,冷轧,电解清洗,
退火,平整,剪边加工,再经清洗,电镀,软熔,钝化处理,涂油后剪切成镀锡板板材成品 。
镀锡板所用镀锡为高纯锡 (Sn＞ 99,8％ )。 锡层也可用热浸镀法涂敷,此法所得镀锡板锡层较厚,用锡量大,镀锡层不需进行钝化处理 。
(一 )镀锡板的制造和结构组成镀锡板是将低碳钢 (C＜ 0,13％ )轧制成约 2mm
厚的钢带，然后经酸洗、冷轧、电解清洗、退火、
平整、剪边加工，再经清洗、电镀、软熔、钝化处理、涂油后剪切成镀锡板板材成品。镀锡板所用镀锡为高纯锡 (Sn＞ 99,8％ )。锡层也可用热浸镀法涂敷，此法所得镀锡板锡层较厚，用锡量大，
镀锡层不需进行钝化处理。
。
镀锡板结构由五部分组成,如图 4—1所示,
由内向外依次为钢基板,锡铁合金层,锡层,
氧化膜和油膜 。 镀锡板各构成部分的厚度,
成分和性能见表 4—1。
(二 )镀锡板的主要性能指标
1,镀锡板的机械力学性能 各种镀锡板具有的机械力学性能 ——强度,硬度,塑性,韧性各不相同,因而其包装用途和包装容器成型加工的方法也各不相同 。 为满足使用性能和成型加工工艺性的要求,生产上用调质度作为指标来表示镀锡板的综合机械力学性能 。
镀锡板的调质度是以其表面洛氏硬度值
(HR30T)来表示,按 HR30T值的大小不同,调质度分为几个等级,分别以 T50．,T52……符号表示 。 镀锡板调质度等级由低至高,其具有的强度,硬度越高,而相应塑性韧性越低,因此不同调质度的镀锡板使用场合,加工方法不同,
2.即表示镀锡板调质度等级与机械力学性能的关系及实际应用 。
影响镀锡板的机械力学性能的因素很多,如钢基板的成分,钢基板用钢材的冶炼,轧制方法及质量,制板加工中退火处理及平整加工工艺及质量等 。 镀锡板的钢基板按成分不同分为
D,L,MR,MC型等几种,其中 L,MR型杂质含量少的钢基板强度不高,塑性好,所制成的镀锡板调质度低 。 MC型钢基板含磷较高,
所以钢基板强度高,但塑性低,所制成的镀锡板调质度高 。
2,镀锡板的耐腐蚀性 食品种类繁多,成分,
特性各不相同,因此对镀锡板制成的包装容器的耐腐蚀性有不同的要求 。 镀锡板的耐腐蚀性与构成镀锡板每一结构层的耐腐蚀性都有关 。
(1)钢基板 钢基板的耐腐蚀性能主要取决于钢基板的成分,非金属夹杂物的数量和表面状态 。 钢基板表层夹杂物存在数量多是有害的,
它出现在镀锡板露铁点处时,在腐蚀环境下将加速锡层的腐蚀,接着又将加速钢板的腐蚀 。
所以应提高钢材冶炼质量,减少钢中杂质,尤其是提高钢基板表面纯净度,以提高钢基板的耐腐蚀性 。
钢基板的成分对其耐腐蚀性也有影响,钢基板中含磷,硫,铜等一般都将对其耐腐蚀性带来有害的影响,但是包装有些食品时又表现出特殊的情况,如包装橘子类含柠檬酸的食品时,用含铜稍多钢基板的镀锡板容器；灌装可口可乐类含二氧化碳饮料时,用含硫稍多钢基板的镀锡板容器,
这时反而表现出较好的耐腐蚀性 。
评价钢基板的耐腐蚀性指标用酸浸时滞值
(picklelag)表示：即钢基板浸入盐酸之时起至溶解反应速度恒定时所需要的时间 (s)。 酸浸时滞值越小,表示钢基板的耐腐蚀性越好 。 一般钢基板的酸浸时滞值不超过 l0s。
(2)锡层 要求镀锡完全覆盖钢基板表面,但实际镀锡层存在许多针孔,其中暴露出钢基板的孔隙称露铁点 (图 4—2)。 镀锡板上露铁点的多少用孔隙度表示：即每平方分米上孔隙数或孔隙面积 。
镀锡板上的露铁点在有腐蚀性溶液存在的条件下将发生电化学腐蚀 。 在无氧,酸性环境下,锡的电位发生逆转,由比铁的电位高转为比铁的电位低,锡成为阳极,铁为阴极 。 镀锡板上孔隙度大时,露铁点阳极极化程度相对减小,腐蚀电流增大,使锡层加速溶解,结果加快钢基板失去锡保护的速度 。
镀锡板孔隙度的大小与镀锡工艺和质量,镀锡层厚度有关,保证钢基板表面净化处理质量,采用良好镀锡工艺,增加镀锡量等都可减少露铁点 。 热浸镀锡板锡层较厚,所以比电镀锡板露铁点相对少些,
耐腐性更好些,但是锡耗用量增大,成本也增高 。
此外,镀锡板加工和使用中机械刮伤所产生的破坏锡层连续的现象也将严重影响镀锡板的耐腐蚀性 。
锡层连续性对耐腐性的影响用铁溶出值 (iron
solution)表示 。 铁溶出值是指：将一定面积的镀锡板在模拟酸性液中,保持一定温度和时间后,测其铁的溶出量 。 铁溶出值越小表示锡层连续性好,镀锡板耐腐性好 。 一般镀锡板要求铁溶出值＜ 1g/m2 。
另外,镀锡层锡的纯度和锡层晶粒大小也将影响锡层的耐腐蚀性 。
(3)锡铁合金层 处于钢基板和锡层之间的锡铁合金层其主要成分是锡铁金属化合物 FeSn2,
锡层不连续的孔隙暴露出的不都是钢基表面,
更多的情况是锡铁合金层 。 在酸性水果汁液等介质中锡铁合金层的电位比铁高,它和锡层偶合,构成受 FeSn2合金层的极化程度控制的一种阴极控制型腐蚀体系,此时,若 FeSn 2层不连续,
钢基体暴露增多,FeSn2极化程度减小,结果加快锡的溶解速度 。 所以,提高 FeSn2合金层的连续性和致密性可以有效地提高镀锡板的耐腐蚀性能 。
锡铁合金层的质量对镀锡板耐腐蚀性的影响可用合金 —锡电偶值 ATC(alloy—tincouple)为指标来表示：以 FeSn2合金为阴极,锡为阳极放置在排气的葡萄抽汁中,在 20℃ 条件下反应 2h后,测量其电流的强度值 。 ATC值越小,表示 FeSn2合金层连续性越好,镀锡板的耐酸性食品的腐蚀性好 。 一般镀锡板的 ATC值＜ 0,05A/cm2,最大值不超过 0,12A/cm2。
镀锡板生产中加强镀锡前的清洗,清除钢基板表面的杂质,合理控制软熔处理工艺,可提高
FeSn 2合层的质量,从而提高镀锡板的耐腐蚀性 。
(4)氧化膜 镀锡板表面的氧化膜有两种,一种是锡层本身氧化形成的 Sn02和 SnO,另一种是镀锡板钝化处理后形成的含铬化合物钝化膜 。 SnO2是个稳定的氧化物,而 SnO是不稳定的氧化物,所以两者数量的多少将影响镀锡板的耐腐蚀性 。 SnO2 在
100℃ 以下温度范围内形成且随温度升高数量增多；
SnO在 100℃ 以上温度范围形成且随温度升高增多 。
所以合理控镀锡板加工的温度,以获得 SnO2层将可提高镀锡板的耐腐蚀性 。 但氧化物过多可能对镀锡板的成型加工和表面涂饰加工带来不利影响而间接地影响镀锡板耐腐蚀性 。
含铬钝化膜使镀锡板的耐腐蚀性大大提高,而且钝化膜的含铬量越多,耐腐蚀性越好,它可有效地抑制锡氧化变黄,硫氧化变黑 。 但是钝化膜在 pH＜ 5的环境中易脱落,现采取阴极钝化处理后再进行阳极处理,可提高钝化膜的附着性 。
(5)油膜 镀锡板表面的油膜将板与腐蚀性环境相隔开,防止锡层被氧化发黄,防止水汽使镀锡板生锈 。 此外,油膜在镀锡板使用和制罐中起润滑剂作用,可有效地防止加工,运输过程中的锡层擦伤破损,导致镀锡板的腐蚀 。 油膜也会对制罐加工,表面涂饰加工带来不利影响 。
二、无锡薄钢板
由于金属锡资源少,价高,故镀锡板成本较高 。
为降低产品包装成本,在满足使用要求前提下,
由无锡薄钢板替代马口铁用于食品包装,主要品种有：镀铬薄钢板,镀锌板和低碳钢薄板 。
(一 )镀铬薄钢板 TPS(tinorfree steel)
1,镀铬板的结构和制造
镀铬板是由钢基板,
铬层,水合氧化铬层和油膜构成,如图 4— 3。
镀铬板的制造与镀锡板基本相同,只是将钢基板表面镀锡改为镀铬,主要制造工序为：
钢板轧制一电解清洗一退火一平整清洗一电镀铬一钝化处理一清洗干燥一涂油一成品 。
(2)镀铬板的耐腐蚀性
镀铬板也有较好的耐腐蚀性能,但比镀锡板稍差 。
铬层和氧化铬层对柠檬酸,乳酸,醋酸等弱酸,弱碱有很好的抗蚀作用,但不能抗强酸,
强碱的腐蚀 。 所以镀铬板通常施加涂料后使用 。
而涂料镀铬板具有比涂料镀锡板更好耐腐蚀性 。
使用镀铬板时尤要注意剪切断口极易腐蚀,必须加涂料以完全覆盖 。
(3)镀铬板的加工性能
因镀铬层韧性较差，所以冲拔、盖封加工时表面铅层易损伤破裂，不能适应冲拔、减薄、
多级拉深加工。镀铬板不能锡焊，制罐时接缝需采用熔接或黏接。镀铬板表面涂料施涂加工性好，涂料在板面附着力强，比镀锡板表涂料附着力高 3— 6倍，适宜用于制造罐底、盖和二片罐，而且可采用较高温度烘烤。
(4)价格便宜
镀铬板加涂料后具有的耐蚀性比镀锡板高，价格比镀锡板低 10％左右，具有较好的经济性，
其使用量逐渐扩大。
(二 )镀锌薄钢板 (zincplate)
镀锌薄钢板是在低碳钢基板表面镀上一层厚
0.02mm以上的锌层所构成的金属板材,其制造过程为：低碳钢板一轧制一清洗一退火处理一热浸镀锌一冷却一冲洗一拉伸矫直 。
镀锌板也可经电镀锌制成,所获保护作用的锌层较热浸镀锌板薄且防护层中不出现锌铁合金层 。 所以电镀锌板的成型加工性能较热浸镀锌板好,可焊性较好,但是耐腐蚀性不如热浸镀锌板 。 镀锌板主要用作大容量的包装桶 。
(三 )低碳薄钢板 (low—carbon steel plate)
低碳薄钢板是指含碳量＜ 0.25％,厚度
0.35—4mm的普通碳素钢或优质碳素结构钢的钢板 。
低碳成分决定了低碳薄钢板塑性性能好，
易于容器的成型加工和接缝的焊接加工，制成的容器有较好的强度和刚性，而且价格便宜。
低碳薄钢板表面加特殊涂料后用于灌装饮料或其他食品，还可以将其制成窄带用来捆扎纸箱、
木箱或包装件。
三、铝质包装材料
铝质 (alMinium)包装材料具有许多优良的包装特性,且资源丰富,所以广泛用于食品包装 。
(一 )铝质材料的一般包装特性
(1)铝是轻金属,密度为 2.7g/cm3,约为钢材的 l／ 3,用作食品包装材料可降低贮运费用,
方便包装商品的流通和消费 。
(2)良好热性能：耐热,导热性能好,导热系约为钢的 3倍,耐热冲击,可适应包装食品加热杀菌和低温冷藏处理要求,且减少能耗 。
(3)优良的阻挡气,汽,水,油的透过性能,
良好的光屏蔽性,反光率达 80％ 以上,包装
食品将能起很好的保护作用 。
(4)具有银白色金属光泽,而且易接受美化装饰,用于食品包装有很好的商业效果 。
(5)良好的耐大气腐蚀性 。 铝在空气中易氧化形成组织致密,坚韧的氧化铝 (AIO)薄膜,从而保护内部铝避免被继续氧化 。 采用钝化处理可获得更厚的氧化铝膜,能起更好的抗氧化腐蚀作用 。 但铝抗酸,碱,盐的腐蚀能力较差,
尤其杂质含量高时耐蚀性更低 。 当 AI中加入如
Mn,Mg合金元素时可构成防锈铝合金,其耐蚀性能有很大提高 。 铝对各种食品的耐蚀
性见表 4—6。
(6)较好的机械力学性能 。 纯铝强度不如钢,但比纸,塑料高 。 为提高强度,可在纯铝中加入少量合金元素如 Cu,Mg等形成铝合金,或通过变形硬化提高强度 。 铝的强度不受低温影响,
特别适用于冷冻食品的包装 。 铝的塑性性能很好,易于通过压延制成铝薄板,铝箔等包装材料,铝薄板,铝箔容易加工并可进一步压挤成灌装各类食品的成型容器 。
。
(7)纯铝易于制成铝箔并可与纸,塑料膜复合,
制成具有良好综合包装性能的复合包装材料 。
(8)铝的原料资源丰富,然而炼铝耗量巨大,
铝材制造工艺复杂,故铝质包装材料价格较高,
但铝质包装废弃物可回收再利用,在减少包装废弃物对环境污染的同时可节约资源和能源,
因此,提高铝质包装废弃物的回收再用率是一项重要的工作 。
(9)铝焊接性很差,容器制造采用黏结加工
（二 )铝质包装材料的种类及应用
用于食品包装的铝质材料主要包括工业纯铝和铝合金两大类,工业纯铝指含铝＞
99,0％ 的纯铝,按铝的纯度不同分为 L1、
L2…… L6,L5l几种,其含杂质依次增高 。 包装用铝合金主要为铝中加入少量锰,镁的合金
(称防锈铝 ),使用较多的品种是防锈铝 LF2(铝镁合金 )和 LF21(铝锰合金 )。 这些铝材可分别加工成铝薄板,铝箔和铝丝用于食品包装 。
1．铝薄板 (Althin plate)
将工业纯铝或防锈铝合金制成厚度为
0.2mm以上的板材称铝薄板 。 铝薄板的机械力学性能和耐腐蚀性能与其成分关系密切 。 工业纯铝的强度低塑性高,但随杂质含量的增加,
塑性降低,耐腐蚀性也变差 。 铝内加入少量锰,
镁合金元素后合金内部形成单 —固溶体的结构,
使合金的强度比纯铝高,同时仍保留有很好的塑性,是具有良好的耐腐蚀性能,所以称其为防锈铝 。 防锈铝与工业纯铝薄板只能用变形产生的加工硬化方法来改变其机械力学性能 。
2．铝箔 (Al foil)
铝箔是一种用工业纯铝薄板经多次冷轧,退火加工制成的可持性金属箔材 。 食品包装用铝箔厚度一般为 0.05一 0.07mm,与其他材料复合时所用铝箔厚度为 0,03一 0.05mm,甚至更薄 。
铝材的杂质含量及轧制加工时产生的氧化物或轧辊上的硬压物等将影响加出的铝箔上出现针眼,从而影响铝箔的阻透性能,铝箔越薄针眼出现的可能性越大,数量越多 。 一般认为厚度
＜ 0.015mm的铝箔不能完全阻挡气,汽,水的透过,厚度＞ 0.015mm的铝箔透过系数为 0。 铝箔很容易受到机械损伤及腐蚀,所以铝箔较少单独使用,通常与纸,塑料膜等材料复合使用 。
包装食品用金属容器按形状及容量大小分为桶、盒、罐、管等多种，其中金属罐使用范围最广，使用量最大。
四、金属包装容器
（一 )金属罐的分类、结构及规格
1,金属罐 (metal can)的分类食品包装用金属罐按所用材料,罐的结构和外形及制罐工艺不同进行分类 。 此外,
按罐是否有涂层分为素铁罐和涂料罐；按食用时开罐方法不同分为罐盖切开罐,易开盖罐,罐身卷开罐等 。
2．金属罐结构
罐按结构分为三片罐和二片罐,金属三片罐是由罐身,
罐底和罐盖三部分组成,罐身有接缝,罐身与罐盖,底卷封,如图 4—4所示 。 大型罐的罐身有凹凸加强压圈,
起加强罐身强度和刚性作用 。
罐底,罐盖结构相同,其结构有盖钩圆边,肩胛,外凸筋,斜坡,盖中心及密封胶几部分 。
第二节 玻璃、陶瓷包装材料及容器
玻璃是一种古老的包装材料,3000多年前埃及人首先制造出玻璃容器,由此玻璃成为食品及其他物品的包装材料 。
玻璃是由石英石 (构成玻璃的主要组分 )、
纯碱 (碳酸钠,助熔剂 ),石灰石 (碳酸钙,
稳定剂 )为主要原料,加入澄清剂,着色剂,脱色剂等,经 l,400一 1,600℃ 高温熔炼成熟稠玻璃液再经冷凝而成的非晶体材料 。
玻璃作为包装材料特点是：
1,高阻隔,光亮透明,化学稳定性好,易成型,
2,但玻璃容器重量大且容易破碎,
这一性能缺点影响了它在食品包装上的使用发展,尤其是受到塑料和复合包装材料的冲击 。
现在已研制出高强度,轻量化的玻璃材料及其制品 。
玻璃使用量占包装材料总量的 10％ 左右,
一、瓶罐玻璃的化学组成及包装特性
(一 )瓶罐玻璃的化学组成
用于食品包装的是氧化物玻璃中的钠 —钙 —
硅系玻璃,其主要成分为：
SiO2(60％ 一 75％ )、
Na20(8％ 一 45％ )、
CaO(7％ 一 16％ )，
此外含有一定少量 AI2O3(2％ 一 8％ )和 MgO(1％
一 4％ )等 。 为适应被包装食品的特性及包装要求,各种食品包装用玻璃的化学组成略有不同,
如表 4—13所示 。
组分质量／％
棕色啤酒瓶 ( 硫碳着色 )
绿色啤酒瓶香槟 酒瓶汽水瓶 ( 淡青 )
罐头瓶 ( 淡青 )
组分质量／％ SiO 2 Na K 2 O Ca0
棕色啤酒瓶 ( 硫碳着色 ) 72.50 13.23 0.07 10.40
绿色啤酒瓶 69.98 13.65 9.02
香槟 酒瓶 61.38 8.5l 2.44 15.76
汽水瓶 ( 淡青 ) 69.00 14.50 9.60
罐头瓶 ( 淡青 ) 70.50 14.90 7.50
AI 2 O 3 Fe 2 03 MgO BaO
1.85 0.23 1.60
3.00 0.15 2.27
8.26 1.30 0.82
3.80 0.50 2.20 0.20
3.00 0.40 3.60 0.30
（二 )玻璃 (glass)的包装特性
1,化学稳定性 具有极好的化学稳定性是玻璃作为食品包装材料的一个突出优点 。
一般来说,玻璃内部离子结合紧密,高温熔炼后大部分形成不溶性盐类物质而具有极好的化学惰性,可抗气体,水,酸,碱等侵蚀,不与被包装的食品发生作用,具有良好的包装安全性 。
最适宜婴幼儿食品,药品的包装。
2.物理性能
（ 1）密度较大 包装常用的玻璃密度为
2.5/cm3左右密度远大于除金属以外的其他包装材料。
（ 2）透明光亮 玻璃具有良好的透光性，
可充分显示内装食品的形色。
（ 3）玻璃的导热性能差，在高温时主要是辐射传热，低温则以热传导为主。
（ 4）玻璃具有对气,汽,水,油等各种物质的高阻隔性，其透过率为 0，这是它作为食品包装材料的又一突出优点。
玻璃的机械力学性能 玻璃具有的机械力学性能特点是硬度高，抗压强度较高，但抗张强度低
（ 50～ 200MPa），脆性高，抗冲击强度很低。
4.玻璃具有良好的成型加工工艺性 熔炼好的玻璃液可以加工制成各种形状结构的容器，而且易于上色，但印刷等二次加工性差。
5.玻璃的原料来丰富二,玻璃容器的结构及制造
（一）玻璃容器的结构
1.瓶口
瓶口是容器之口，瓶口包括密封。
2.瓶身
瓶身是容器的主要部分，包括瓶颈，瓶肩，
侧壁，瓶跟部，瓶身合缝。
3、瓶底
座端面为环形平面，使瓶立放平稳。瓶底向内凹成曲面，使瓶可更好地承受内压。瓶底端面或内凹面可设有点,条状花纹以增加瓶立放的稳定性，减少磨损，提高瓶的内压强度和水锤强度，降低瓶罐所受的热冲击。
瓶底还可能标示有容器的制造日期,模具编号,
商标等。
三,玻璃容器的强度及其影响因素
一）玻璃容器的破裂分析
1.内压破裂 只玻璃容器局部承受不了内压作用而发生的破裂，破裂形态是以裂纹起点为中心，裂纹曲线向外呈现放射状延伸，类问线端部为分叉形。此种破裂起点靠近瓶颈部，则是设计上的不当，如瓶颈变径太快，圆角半径小，
瓶受压时，使该处应力集中分布超过其强度极限而破裂：若靠近瓶底部，则多为瓶受过大振动，内压冲击致破。
2.外部冲击破裂 外部冲击力作用使瓶破裂。
3.热冲击破裂 热冷剧变产生的巨大热应力作用在玻璃器上使容器破裂称热冲击破裂。该种破裂多发生在瓶底部或瓶壁厚薄差异较大的地方，
裂纹线粗,量少。
四,玻璃容器的发展
（一）轻量瓶保持玻璃容器的容量和强度条件下，通过减薄其壁厚而减轻重量制得得瓶称轻量瓶。玻璃容器轻量化程度用质容比表示：即容器的质量与其容量之比 w(g)/c(mL)，也即单位容积瓶重
w/c＜ 0.6为轻量瓶。容器的重容比越小，则其壁厚越薄，一般轻量瓶的壁厚为 2～ 2.5mm，还有进一步减薄的趋势。
（二）强化瓶和强化措施
为改善或提高玻璃容器的抗张强度和冲击强度，采取一些强化措施使玻璃容器的强度得以明显提高，强化处理后的玻璃瓶称为强化瓶。若强化措施用于轻量瓶上，则可获得高强度轻量瓶。
1.物理强化 —— 玻璃容器的钢化淬火处理 将成型玻璃容器放入钢化炉内加热到玻璃软化 — 钢化室急冷，抗弯强度提高 5-6倍。
2.化学强化 —— 化学钢化处理 即将玻璃容器浸在熔融的钾盐中，或将钾盐喷在玻璃容器表面，
使半径较大的钾离子置换玻璃表层内半径较小的钠离子，从而使玻璃表层型成压应力层，由此提高玻璃容器的抗张强度和冲击强度。
3.表面涂层强化 涂层处理可防止瓶罐表面的划伤和增大表面的润滑性。
（ 1）热端涂层 用液态 SnCl4或 TiCl4喷射到热的瓶罐上，经分解氧化使其在瓶罐表面形成氧化锡或氧化钛层，这种方法又叫热涂，可以提高瓶罐润滑性和强度。
（ 2）冷端涂层 瓶罐退火后，硬脂酸,聚乙烯,油酸,硅烷硅酮等喷枪喷成雾状覆盖在瓶罐上，形成抗磨损及具有润滑性的保护层，喷涂时瓶罐温度取决于喷涂物料的性质，一般为 21～ 80℃ 。
4.高分子树脂表面强化
（ 1）静电喷涂
（ 2）悬浮流化法
（ 3）热收缩塑料薄膜套箍五、陶瓷包装容器简介陶瓷制品用作食品包装容器主要有瓶,
罐,缸,坛等,
主要用于酒类、咸菜以及传统风味食品的包装。
(一 )陶瓷 (ceramics)包装容器的原料组成
制造陶瓷的原料可分为：
黏性原料,
减黏性原料,
助熔原料,
细料 。
制造陶瓷的主要原料有：高岭土 (瓷器制造用 )
或黏土,陶土 (陶器制造用 ),硅砂以及助熔性原料 (如长石,白云石,菱镁矿石 )等 。 高岭土的主要成分是 AIO3·2SiO2·2H20,黏土的成分更复杂些 。
(二 )陶瓷容器的制造
陶瓷包装容器的制造工艺大致为：
原料配制一泥坯成型一干燥 —上釉一焙烧
1,原料配制 根据对陶瓷容器的不同要求选择并按一定比例配制成泥坯原料 。
2,泥坯成型 将原料经手工或模铸或注浆等方法制成一定形状的型坯 (泥坯 )。
3,干燥 通过自然干燥,热风干燥,微波干燥,辐射干燥等方法除去泥坯中的全部机械混合水 。
4,上釉 为了增加陶瓷容器对气,液的阻隔性,
表面需要上一层釉 。 釉料的化学成分和玻璃相似,
主要由某些金属氧化物和非金属氧化物的硅酸盐组成 。 这些氧化物熔融体硬化时与坯体发生化学反应,牢固地结合在坯体上,并形成一层薄釉膜,
起保护坯体,增加坯体的阻气性,阻水性,保香性,提高陶瓷容器的耐化学性和阻止液体渗透性 。
釉层使坯体表面处于承受一定预加压应力状态,
可提高陶瓷制品的使用强度 。
5,焙烧 以一定的升温速度将陶瓷杯中加热至一定温度,并在一定的气氛下 (氧化,碳化,
氮化等 )将上釉泥坯烧结成不同要求的陶瓷容器 。
(三 )陶瓷包装容器的特点及使用
陶瓷是无机非金属材料,内部由离子晶体及共价晶体构成,同时还有一部分玻璃相和气孔,所以是一种复杂的多相体系及多晶材料 。 陶瓷材料的组成和内部结构决定了其容器制品的特性是：
1．陶瓷包装容器的特点
(1)陶瓷制品的原料丰富,成型工艺简单,便宜 。
(2)耐火,耐热,耐药性好,可反复使用,废弃物对环境污染小 。
(3)上彩釉陶瓷制品造型色彩美观,装饰效果好,又增加容器的气密性和对内装食品的保护
作用 。 同时,其本身可为精美的工艺品,有很好的装饰观赏作用 。
(4)具有高刚硬性能,高抗压强度 。
陶瓷容器的缺点是抗张强度低、脆性高、抗热振性能差、重量大。
2．陶瓷容器的应用及卫生安全性
陶瓷容器主要用于包装酒,腌渍品及一些传统食品 。 陶瓷材料用于食品包装时应注意彩釉烧制的质量 。 彩釉是硅酸盐和金属盐类物质,
着色颜料也多使 用金属盐类物质 。 这些物质中多含有铅,砷,铜等有毒成分,当烧制质量不好时,彩釉未能形成,不溶性硅酸盐,从而使用陶瓷容器时会发生有毒,有害物质的溶出而污染内装食品 。
第一节 金属包装材料及容器
金属材料 (metal material)用于食品包装有近
200年的历史 。 金属包装材料以金属薄板或箔材为原材料,再加工成各种形式的容器来包装食品 。 由于金属包装材料及容器具有优良的包装特性和包装效果,包装材料及容器的生产效率高,以及包装食品良好的流通贮藏性能等,其在食品包装上的应用越来越广泛,成为现代最重要的四大包装材料之一 。
金属包装材料的性能优良表现为：
(1)高阻隔性能 (resistibility) 金属材料可阻挡气,汽,水,油,光等物质的通过,用于食品包装表现出极好的保护功能,使包装食品有较长的货架寿命 。
(2)机械力学性能优良 金属材料具有良好抗张,抗压,抗弯强度,韧性及硬度,用作食品包装表现出耐压,耐温湿度变化和耐虫害,包装的食品便于运输和贮存,使商品的销售半径大为增加；同时适宜包装的机械化,自动化操作,密封可靠,效率高 。
(3)容器成型加工性好且生产效率高 金属具有的良好塑性变形性能使其易于制成食品包装所需要的各种形状容器 。 现代金属容器加工技术与设备成熟,生产效率高,如马口铁三片罐生产线生产速度可达 1200罐／ min,铝质二片罐生产线生产速度达 3600罐／ min,可以满足食品大规模自动化生产的需要 。
(4)具有良好耐高低温性,良好的导热性,耐热冲击性 金属材料这一特性使其用作食品包装可以适应食品冷热加工,高温杀菌以及杀菌后的快速冷却等加工需要 。
(5)金属包装制品表面装饰性好 金属具有光泽,且可通过表面彩印装饰提供更理想的美观的商品形象,以吸引消费者,促进销售 。
(6)金属包装废弃物较易回收处理 金属包装废弃物的易回收处理减少了对环境的污染,同时,它的回炉再生可节约资源,节省能源,这在提倡,绿色包装,的今天显得尤为重要 。
金属材料用作食品包装的缺点是：化学稳定性差,
不耐酸碱腐蚀,特别是用其包装高酸性内容物时易被腐蚀,同时金属离子易析出而影响食品风味,这在一定程度上限制了它的使用范围,一般需在金属包装容器内壁施涂涂料,以弥补这个缺点 。 另一个缺点是价格较贵,但会随着生产技术的进步和大规模化生产而得以改善 。
食品包装常用金属材料按材质主要分为两类：
一类为钢基包装材料,包括镀锡薄钢板 (马口铁 ),镀铬薄钢板 (TFS板 ),涂料板,镀锌板,
不锈钢板等；另一类为铝质包装材料,包括铝合金薄板,铝箔,铝丝等 。
一,镀锡薄钢板
镀锡薄钢板 (tinplate)是低碳薄钢板表面镀锡而制成的产品,简称镀锡板,俗称马口铁板 。 它大量用于制造包装食品的各种容器,也可为由其他材料制成的容器配制容器盖或底 。
(一 )镀锡板的制造和结构组成
镀锡板是将低碳钢 (C＜ 0,13％ )轧制成约
2mm厚的钢带,然后经酸洗,冷轧,电解清洗,
退火,平整,剪边加工,再经清洗,电镀,软熔,钝化处理,涂油后剪切成镀锡板板材成品 。
镀锡板所用镀锡为高纯锡 (Sn＞ 99,8％ )。 锡层也可用热浸镀法涂敷,此法所得镀锡板锡层较厚,用锡量大,镀锡层不需进行钝化处理 。
(一 )镀锡板的制造和结构组成镀锡板是将低碳钢 (C＜ 0,13％ )轧制成约 2mm
厚的钢带，然后经酸洗、冷轧、电解清洗、退火、
平整、剪边加工，再经清洗、电镀、软熔、钝化处理、涂油后剪切成镀锡板板材成品。镀锡板所用镀锡为高纯锡 (Sn＞ 99,8％ )。锡层也可用热浸镀法涂敷，此法所得镀锡板锡层较厚，用锡量大，
镀锡层不需进行钝化处理。
。
镀锡板结构由五部分组成,如图 4—1所示,
由内向外依次为钢基板,锡铁合金层,锡层,
氧化膜和油膜 。 镀锡板各构成部分的厚度,
成分和性能见表 4—1。
(二 )镀锡板的主要性能指标
1,镀锡板的机械力学性能 各种镀锡板具有的机械力学性能 ——强度,硬度,塑性,韧性各不相同,因而其包装用途和包装容器成型加工的方法也各不相同 。 为满足使用性能和成型加工工艺性的要求,生产上用调质度作为指标来表示镀锡板的综合机械力学性能 。
镀锡板的调质度是以其表面洛氏硬度值
(HR30T)来表示,按 HR30T值的大小不同,调质度分为几个等级,分别以 T50．,T52……符号表示 。 镀锡板调质度等级由低至高,其具有的强度,硬度越高,而相应塑性韧性越低,因此不同调质度的镀锡板使用场合,加工方法不同,
2.即表示镀锡板调质度等级与机械力学性能的关系及实际应用 。
影响镀锡板的机械力学性能的因素很多,如钢基板的成分,钢基板用钢材的冶炼,轧制方法及质量,制板加工中退火处理及平整加工工艺及质量等 。 镀锡板的钢基板按成分不同分为
D,L,MR,MC型等几种,其中 L,MR型杂质含量少的钢基板强度不高,塑性好,所制成的镀锡板调质度低 。 MC型钢基板含磷较高,
所以钢基板强度高,但塑性低,所制成的镀锡板调质度高 。
2,镀锡板的耐腐蚀性 食品种类繁多,成分,
特性各不相同,因此对镀锡板制成的包装容器的耐腐蚀性有不同的要求 。 镀锡板的耐腐蚀性与构成镀锡板每一结构层的耐腐蚀性都有关 。
(1)钢基板 钢基板的耐腐蚀性能主要取决于钢基板的成分,非金属夹杂物的数量和表面状态 。 钢基板表层夹杂物存在数量多是有害的,
它出现在镀锡板露铁点处时,在腐蚀环境下将加速锡层的腐蚀,接着又将加速钢板的腐蚀 。
所以应提高钢材冶炼质量,减少钢中杂质,尤其是提高钢基板表面纯净度,以提高钢基板的耐腐蚀性 。
钢基板的成分对其耐腐蚀性也有影响,钢基板中含磷,硫,铜等一般都将对其耐腐蚀性带来有害的影响,但是包装有些食品时又表现出特殊的情况,如包装橘子类含柠檬酸的食品时,用含铜稍多钢基板的镀锡板容器；灌装可口可乐类含二氧化碳饮料时,用含硫稍多钢基板的镀锡板容器,
这时反而表现出较好的耐腐蚀性 。
评价钢基板的耐腐蚀性指标用酸浸时滞值
(picklelag)表示：即钢基板浸入盐酸之时起至溶解反应速度恒定时所需要的时间 (s)。 酸浸时滞值越小,表示钢基板的耐腐蚀性越好 。 一般钢基板的酸浸时滞值不超过 l0s。
(2)锡层 要求镀锡完全覆盖钢基板表面,但实际镀锡层存在许多针孔,其中暴露出钢基板的孔隙称露铁点 (图 4—2)。 镀锡板上露铁点的多少用孔隙度表示：即每平方分米上孔隙数或孔隙面积 。
镀锡板上的露铁点在有腐蚀性溶液存在的条件下将发生电化学腐蚀 。 在无氧,酸性环境下,锡的电位发生逆转,由比铁的电位高转为比铁的电位低,锡成为阳极,铁为阴极 。 镀锡板上孔隙度大时,露铁点阳极极化程度相对减小,腐蚀电流增大,使锡层加速溶解,结果加快钢基板失去锡保护的速度 。
镀锡板孔隙度的大小与镀锡工艺和质量,镀锡层厚度有关,保证钢基板表面净化处理质量,采用良好镀锡工艺,增加镀锡量等都可减少露铁点 。 热浸镀锡板锡层较厚,所以比电镀锡板露铁点相对少些,
耐腐性更好些,但是锡耗用量增大,成本也增高 。
此外,镀锡板加工和使用中机械刮伤所产生的破坏锡层连续的现象也将严重影响镀锡板的耐腐蚀性 。
锡层连续性对耐腐性的影响用铁溶出值 (iron
solution)表示 。 铁溶出值是指：将一定面积的镀锡板在模拟酸性液中,保持一定温度和时间后,测其铁的溶出量 。 铁溶出值越小表示锡层连续性好,镀锡板耐腐性好 。 一般镀锡板要求铁溶出值＜ 1g/m2 。
另外,镀锡层锡的纯度和锡层晶粒大小也将影响锡层的耐腐蚀性 。
(3)锡铁合金层 处于钢基板和锡层之间的锡铁合金层其主要成分是锡铁金属化合物 FeSn2,
锡层不连续的孔隙暴露出的不都是钢基表面,
更多的情况是锡铁合金层 。 在酸性水果汁液等介质中锡铁合金层的电位比铁高,它和锡层偶合,构成受 FeSn2合金层的极化程度控制的一种阴极控制型腐蚀体系,此时,若 FeSn 2层不连续,
钢基体暴露增多,FeSn2极化程度减小,结果加快锡的溶解速度 。 所以,提高 FeSn2合金层的连续性和致密性可以有效地提高镀锡板的耐腐蚀性能 。
锡铁合金层的质量对镀锡板耐腐蚀性的影响可用合金 —锡电偶值 ATC(alloy—tincouple)为指标来表示：以 FeSn2合金为阴极,锡为阳极放置在排气的葡萄抽汁中,在 20℃ 条件下反应 2h后,测量其电流的强度值 。 ATC值越小,表示 FeSn2合金层连续性越好,镀锡板的耐酸性食品的腐蚀性好 。 一般镀锡板的 ATC值＜ 0,05A/cm2,最大值不超过 0,12A/cm2。
镀锡板生产中加强镀锡前的清洗,清除钢基板表面的杂质,合理控制软熔处理工艺,可提高
FeSn 2合层的质量,从而提高镀锡板的耐腐蚀性 。
(4)氧化膜 镀锡板表面的氧化膜有两种,一种是锡层本身氧化形成的 Sn02和 SnO,另一种是镀锡板钝化处理后形成的含铬化合物钝化膜 。 SnO2是个稳定的氧化物,而 SnO是不稳定的氧化物,所以两者数量的多少将影响镀锡板的耐腐蚀性 。 SnO2 在
100℃ 以下温度范围内形成且随温度升高数量增多；
SnO在 100℃ 以上温度范围形成且随温度升高增多 。
所以合理控镀锡板加工的温度,以获得 SnO2层将可提高镀锡板的耐腐蚀性 。 但氧化物过多可能对镀锡板的成型加工和表面涂饰加工带来不利影响而间接地影响镀锡板耐腐蚀性 。
含铬钝化膜使镀锡板的耐腐蚀性大大提高,而且钝化膜的含铬量越多,耐腐蚀性越好,它可有效地抑制锡氧化变黄,硫氧化变黑 。 但是钝化膜在 pH＜ 5的环境中易脱落,现采取阴极钝化处理后再进行阳极处理,可提高钝化膜的附着性 。
(5)油膜 镀锡板表面的油膜将板与腐蚀性环境相隔开,防止锡层被氧化发黄,防止水汽使镀锡板生锈 。 此外,油膜在镀锡板使用和制罐中起润滑剂作用,可有效地防止加工,运输过程中的锡层擦伤破损,导致镀锡板的腐蚀 。 油膜也会对制罐加工,表面涂饰加工带来不利影响 。
二、无锡薄钢板
由于金属锡资源少,价高,故镀锡板成本较高 。
为降低产品包装成本,在满足使用要求前提下,
由无锡薄钢板替代马口铁用于食品包装,主要品种有：镀铬薄钢板,镀锌板和低碳钢薄板 。
(一 )镀铬薄钢板 TPS(tinorfree steel)
1,镀铬板的结构和制造
镀铬板是由钢基板,
铬层,水合氧化铬层和油膜构成,如图 4— 3。
镀铬板的制造与镀锡板基本相同,只是将钢基板表面镀锡改为镀铬,主要制造工序为：
钢板轧制一电解清洗一退火一平整清洗一电镀铬一钝化处理一清洗干燥一涂油一成品 。
(2)镀铬板的耐腐蚀性
镀铬板也有较好的耐腐蚀性能,但比镀锡板稍差 。
铬层和氧化铬层对柠檬酸,乳酸,醋酸等弱酸,弱碱有很好的抗蚀作用,但不能抗强酸,
强碱的腐蚀 。 所以镀铬板通常施加涂料后使用 。
而涂料镀铬板具有比涂料镀锡板更好耐腐蚀性 。
使用镀铬板时尤要注意剪切断口极易腐蚀,必须加涂料以完全覆盖 。
(3)镀铬板的加工性能
因镀铬层韧性较差，所以冲拔、盖封加工时表面铅层易损伤破裂，不能适应冲拔、减薄、
多级拉深加工。镀铬板不能锡焊，制罐时接缝需采用熔接或黏接。镀铬板表面涂料施涂加工性好，涂料在板面附着力强，比镀锡板表涂料附着力高 3— 6倍，适宜用于制造罐底、盖和二片罐，而且可采用较高温度烘烤。
(4)价格便宜
镀铬板加涂料后具有的耐蚀性比镀锡板高，价格比镀锡板低 10％左右，具有较好的经济性，
其使用量逐渐扩大。
(二 )镀锌薄钢板 (zincplate)
镀锌薄钢板是在低碳钢基板表面镀上一层厚
0.02mm以上的锌层所构成的金属板材,其制造过程为：低碳钢板一轧制一清洗一退火处理一热浸镀锌一冷却一冲洗一拉伸矫直 。
镀锌板也可经电镀锌制成,所获保护作用的锌层较热浸镀锌板薄且防护层中不出现锌铁合金层 。 所以电镀锌板的成型加工性能较热浸镀锌板好,可焊性较好,但是耐腐蚀性不如热浸镀锌板 。 镀锌板主要用作大容量的包装桶 。
(三 )低碳薄钢板 (low—carbon steel plate)
低碳薄钢板是指含碳量＜ 0.25％,厚度
0.35—4mm的普通碳素钢或优质碳素结构钢的钢板 。
低碳成分决定了低碳薄钢板塑性性能好，
易于容器的成型加工和接缝的焊接加工，制成的容器有较好的强度和刚性，而且价格便宜。
低碳薄钢板表面加特殊涂料后用于灌装饮料或其他食品，还可以将其制成窄带用来捆扎纸箱、
木箱或包装件。
三、铝质包装材料
铝质 (alMinium)包装材料具有许多优良的包装特性,且资源丰富,所以广泛用于食品包装 。
(一 )铝质材料的一般包装特性
(1)铝是轻金属,密度为 2.7g/cm3,约为钢材的 l／ 3,用作食品包装材料可降低贮运费用,
方便包装商品的流通和消费 。
(2)良好热性能：耐热,导热性能好,导热系约为钢的 3倍,耐热冲击,可适应包装食品加热杀菌和低温冷藏处理要求,且减少能耗 。
(3)优良的阻挡气,汽,水,油的透过性能,
良好的光屏蔽性,反光率达 80％ 以上,包装
食品将能起很好的保护作用 。
(4)具有银白色金属光泽,而且易接受美化装饰,用于食品包装有很好的商业效果 。
(5)良好的耐大气腐蚀性 。 铝在空气中易氧化形成组织致密,坚韧的氧化铝 (AIO)薄膜,从而保护内部铝避免被继续氧化 。 采用钝化处理可获得更厚的氧化铝膜,能起更好的抗氧化腐蚀作用 。 但铝抗酸,碱,盐的腐蚀能力较差,
尤其杂质含量高时耐蚀性更低 。 当 AI中加入如
Mn,Mg合金元素时可构成防锈铝合金,其耐蚀性能有很大提高 。 铝对各种食品的耐蚀
性见表 4—6。
(6)较好的机械力学性能 。 纯铝强度不如钢,但比纸,塑料高 。 为提高强度,可在纯铝中加入少量合金元素如 Cu,Mg等形成铝合金,或通过变形硬化提高强度 。 铝的强度不受低温影响,
特别适用于冷冻食品的包装 。 铝的塑性性能很好,易于通过压延制成铝薄板,铝箔等包装材料,铝薄板,铝箔容易加工并可进一步压挤成灌装各类食品的成型容器 。
。
(7)纯铝易于制成铝箔并可与纸,塑料膜复合,
制成具有良好综合包装性能的复合包装材料 。
(8)铝的原料资源丰富,然而炼铝耗量巨大,
铝材制造工艺复杂,故铝质包装材料价格较高,
但铝质包装废弃物可回收再利用,在减少包装废弃物对环境污染的同时可节约资源和能源,
因此,提高铝质包装废弃物的回收再用率是一项重要的工作 。
(9)铝焊接性很差,容器制造采用黏结加工
（二 )铝质包装材料的种类及应用
用于食品包装的铝质材料主要包括工业纯铝和铝合金两大类,工业纯铝指含铝＞
99,0％ 的纯铝,按铝的纯度不同分为 L1、
L2…… L6,L5l几种,其含杂质依次增高 。 包装用铝合金主要为铝中加入少量锰,镁的合金
(称防锈铝 ),使用较多的品种是防锈铝 LF2(铝镁合金 )和 LF21(铝锰合金 )。 这些铝材可分别加工成铝薄板,铝箔和铝丝用于食品包装 。
1．铝薄板 (Althin plate)
将工业纯铝或防锈铝合金制成厚度为
0.2mm以上的板材称铝薄板 。 铝薄板的机械力学性能和耐腐蚀性能与其成分关系密切 。 工业纯铝的强度低塑性高,但随杂质含量的增加,
塑性降低,耐腐蚀性也变差 。 铝内加入少量锰,
镁合金元素后合金内部形成单 —固溶体的结构,
使合金的强度比纯铝高,同时仍保留有很好的塑性,是具有良好的耐腐蚀性能,所以称其为防锈铝 。 防锈铝与工业纯铝薄板只能用变形产生的加工硬化方法来改变其机械力学性能 。
2．铝箔 (Al foil)
铝箔是一种用工业纯铝薄板经多次冷轧,退火加工制成的可持性金属箔材 。 食品包装用铝箔厚度一般为 0.05一 0.07mm,与其他材料复合时所用铝箔厚度为 0,03一 0.05mm,甚至更薄 。
铝材的杂质含量及轧制加工时产生的氧化物或轧辊上的硬压物等将影响加出的铝箔上出现针眼,从而影响铝箔的阻透性能,铝箔越薄针眼出现的可能性越大,数量越多 。 一般认为厚度
＜ 0.015mm的铝箔不能完全阻挡气,汽,水的透过,厚度＞ 0.015mm的铝箔透过系数为 0。 铝箔很容易受到机械损伤及腐蚀,所以铝箔较少单独使用,通常与纸,塑料膜等材料复合使用 。
包装食品用金属容器按形状及容量大小分为桶、盒、罐、管等多种，其中金属罐使用范围最广，使用量最大。
四、金属包装容器
（一 )金属罐的分类、结构及规格
1,金属罐 (metal can)的分类食品包装用金属罐按所用材料,罐的结构和外形及制罐工艺不同进行分类 。 此外,
按罐是否有涂层分为素铁罐和涂料罐；按食用时开罐方法不同分为罐盖切开罐,易开盖罐,罐身卷开罐等 。
2．金属罐结构
罐按结构分为三片罐和二片罐,金属三片罐是由罐身,
罐底和罐盖三部分组成,罐身有接缝,罐身与罐盖,底卷封,如图 4—4所示 。 大型罐的罐身有凹凸加强压圈,
起加强罐身强度和刚性作用 。
罐底,罐盖结构相同,其结构有盖钩圆边,肩胛,外凸筋,斜坡,盖中心及密封胶几部分 。
第二节 玻璃、陶瓷包装材料及容器
玻璃是一种古老的包装材料,3000多年前埃及人首先制造出玻璃容器,由此玻璃成为食品及其他物品的包装材料 。
玻璃是由石英石 (构成玻璃的主要组分 )、
纯碱 (碳酸钠,助熔剂 ),石灰石 (碳酸钙,
稳定剂 )为主要原料,加入澄清剂,着色剂,脱色剂等,经 l,400一 1,600℃ 高温熔炼成熟稠玻璃液再经冷凝而成的非晶体材料 。
玻璃作为包装材料特点是：
1,高阻隔,光亮透明,化学稳定性好,易成型,
2,但玻璃容器重量大且容易破碎,
这一性能缺点影响了它在食品包装上的使用发展,尤其是受到塑料和复合包装材料的冲击 。
现在已研制出高强度,轻量化的玻璃材料及其制品 。
玻璃使用量占包装材料总量的 10％ 左右,
一、瓶罐玻璃的化学组成及包装特性
(一 )瓶罐玻璃的化学组成
用于食品包装的是氧化物玻璃中的钠 —钙 —
硅系玻璃,其主要成分为：
SiO2(60％ 一 75％ )、
Na20(8％ 一 45％ )、
CaO(7％ 一 16％ )，
此外含有一定少量 AI2O3(2％ 一 8％ )和 MgO(1％
一 4％ )等 。 为适应被包装食品的特性及包装要求,各种食品包装用玻璃的化学组成略有不同,
如表 4—13所示 。
组分质量／％
棕色啤酒瓶 ( 硫碳着色 )
绿色啤酒瓶香槟 酒瓶汽水瓶 ( 淡青 )
罐头瓶 ( 淡青 )
组分质量／％ SiO 2 Na K 2 O Ca0
棕色啤酒瓶 ( 硫碳着色 ) 72.50 13.23 0.07 10.40
绿色啤酒瓶 69.98 13.65 9.02
香槟 酒瓶 61.38 8.5l 2.44 15.76
汽水瓶 ( 淡青 ) 69.00 14.50 9.60
罐头瓶 ( 淡青 ) 70.50 14.90 7.50
AI 2 O 3 Fe 2 03 MgO BaO
1.85 0.23 1.60
3.00 0.15 2.27
8.26 1.30 0.82
3.80 0.50 2.20 0.20
3.00 0.40 3.60 0.30
（二 )玻璃 (glass)的包装特性
1,化学稳定性 具有极好的化学稳定性是玻璃作为食品包装材料的一个突出优点 。
一般来说,玻璃内部离子结合紧密,高温熔炼后大部分形成不溶性盐类物质而具有极好的化学惰性,可抗气体,水,酸,碱等侵蚀,不与被包装的食品发生作用,具有良好的包装安全性 。
最适宜婴幼儿食品,药品的包装。
2.物理性能
（ 1）密度较大 包装常用的玻璃密度为
2.5/cm3左右密度远大于除金属以外的其他包装材料。
（ 2）透明光亮 玻璃具有良好的透光性，
可充分显示内装食品的形色。
（ 3）玻璃的导热性能差，在高温时主要是辐射传热，低温则以热传导为主。
（ 4）玻璃具有对气,汽,水,油等各种物质的高阻隔性，其透过率为 0，这是它作为食品包装材料的又一突出优点。
玻璃的机械力学性能 玻璃具有的机械力学性能特点是硬度高，抗压强度较高，但抗张强度低
（ 50～ 200MPa），脆性高，抗冲击强度很低。
4.玻璃具有良好的成型加工工艺性 熔炼好的玻璃液可以加工制成各种形状结构的容器，而且易于上色，但印刷等二次加工性差。
5.玻璃的原料来丰富二,玻璃容器的结构及制造
（一）玻璃容器的结构
1.瓶口
瓶口是容器之口，瓶口包括密封。
2.瓶身
瓶身是容器的主要部分，包括瓶颈，瓶肩，
侧壁，瓶跟部，瓶身合缝。
3、瓶底
座端面为环形平面，使瓶立放平稳。瓶底向内凹成曲面，使瓶可更好地承受内压。瓶底端面或内凹面可设有点,条状花纹以增加瓶立放的稳定性，减少磨损，提高瓶的内压强度和水锤强度，降低瓶罐所受的热冲击。
瓶底还可能标示有容器的制造日期,模具编号,
商标等。
三,玻璃容器的强度及其影响因素
一）玻璃容器的破裂分析
1.内压破裂 只玻璃容器局部承受不了内压作用而发生的破裂，破裂形态是以裂纹起点为中心，裂纹曲线向外呈现放射状延伸，类问线端部为分叉形。此种破裂起点靠近瓶颈部，则是设计上的不当，如瓶颈变径太快，圆角半径小，
瓶受压时，使该处应力集中分布超过其强度极限而破裂：若靠近瓶底部，则多为瓶受过大振动，内压冲击致破。
2.外部冲击破裂 外部冲击力作用使瓶破裂。
3.热冲击破裂 热冷剧变产生的巨大热应力作用在玻璃器上使容器破裂称热冲击破裂。该种破裂多发生在瓶底部或瓶壁厚薄差异较大的地方，
裂纹线粗,量少。
四,玻璃容器的发展
（一）轻量瓶保持玻璃容器的容量和强度条件下，通过减薄其壁厚而减轻重量制得得瓶称轻量瓶。玻璃容器轻量化程度用质容比表示：即容器的质量与其容量之比 w(g)/c(mL)，也即单位容积瓶重
w/c＜ 0.6为轻量瓶。容器的重容比越小，则其壁厚越薄，一般轻量瓶的壁厚为 2～ 2.5mm，还有进一步减薄的趋势。
（二）强化瓶和强化措施
为改善或提高玻璃容器的抗张强度和冲击强度，采取一些强化措施使玻璃容器的强度得以明显提高，强化处理后的玻璃瓶称为强化瓶。若强化措施用于轻量瓶上，则可获得高强度轻量瓶。
1.物理强化 —— 玻璃容器的钢化淬火处理 将成型玻璃容器放入钢化炉内加热到玻璃软化 — 钢化室急冷，抗弯强度提高 5-6倍。
2.化学强化 —— 化学钢化处理 即将玻璃容器浸在熔融的钾盐中，或将钾盐喷在玻璃容器表面，
使半径较大的钾离子置换玻璃表层内半径较小的钠离子，从而使玻璃表层型成压应力层，由此提高玻璃容器的抗张强度和冲击强度。
3.表面涂层强化 涂层处理可防止瓶罐表面的划伤和增大表面的润滑性。
（ 1）热端涂层 用液态 SnCl4或 TiCl4喷射到热的瓶罐上，经分解氧化使其在瓶罐表面形成氧化锡或氧化钛层，这种方法又叫热涂，可以提高瓶罐润滑性和强度。
（ 2）冷端涂层 瓶罐退火后，硬脂酸,聚乙烯,油酸,硅烷硅酮等喷枪喷成雾状覆盖在瓶罐上，形成抗磨损及具有润滑性的保护层，喷涂时瓶罐温度取决于喷涂物料的性质，一般为 21～ 80℃ 。
4.高分子树脂表面强化
（ 1）静电喷涂
（ 2）悬浮流化法
（ 3）热收缩塑料薄膜套箍五、陶瓷包装容器简介陶瓷制品用作食品包装容器主要有瓶,
罐,缸,坛等,
主要用于酒类、咸菜以及传统风味食品的包装。
(一 )陶瓷 (ceramics)包装容器的原料组成
制造陶瓷的原料可分为：
黏性原料,
减黏性原料,
助熔原料,
细料 。
制造陶瓷的主要原料有：高岭土 (瓷器制造用 )
或黏土,陶土 (陶器制造用 ),硅砂以及助熔性原料 (如长石,白云石,菱镁矿石 )等 。 高岭土的主要成分是 AIO3·2SiO2·2H20,黏土的成分更复杂些 。
(二 )陶瓷容器的制造
陶瓷包装容器的制造工艺大致为：
原料配制一泥坯成型一干燥 —上釉一焙烧
1,原料配制 根据对陶瓷容器的不同要求选择并按一定比例配制成泥坯原料 。
2,泥坯成型 将原料经手工或模铸或注浆等方法制成一定形状的型坯 (泥坯 )。
3,干燥 通过自然干燥,热风干燥,微波干燥,辐射干燥等方法除去泥坯中的全部机械混合水 。
4,上釉 为了增加陶瓷容器对气,液的阻隔性,
表面需要上一层釉 。 釉料的化学成分和玻璃相似,
主要由某些金属氧化物和非金属氧化物的硅酸盐组成 。 这些氧化物熔融体硬化时与坯体发生化学反应,牢固地结合在坯体上,并形成一层薄釉膜,
起保护坯体,增加坯体的阻气性,阻水性,保香性,提高陶瓷容器的耐化学性和阻止液体渗透性 。
釉层使坯体表面处于承受一定预加压应力状态,
可提高陶瓷制品的使用强度 。
5,焙烧 以一定的升温速度将陶瓷杯中加热至一定温度,并在一定的气氛下 (氧化,碳化,
氮化等 )将上釉泥坯烧结成不同要求的陶瓷容器 。
(三 )陶瓷包装容器的特点及使用
陶瓷是无机非金属材料,内部由离子晶体及共价晶体构成,同时还有一部分玻璃相和气孔,所以是一种复杂的多相体系及多晶材料 。 陶瓷材料的组成和内部结构决定了其容器制品的特性是：
1．陶瓷包装容器的特点
(1)陶瓷制品的原料丰富,成型工艺简单,便宜 。
(2)耐火,耐热,耐药性好,可反复使用,废弃物对环境污染小 。
(3)上彩釉陶瓷制品造型色彩美观,装饰效果好,又增加容器的气密性和对内装食品的保护
作用 。 同时,其本身可为精美的工艺品,有很好的装饰观赏作用 。
(4)具有高刚硬性能,高抗压强度 。
陶瓷容器的缺点是抗张强度低、脆性高、抗热振性能差、重量大。
2．陶瓷容器的应用及卫生安全性
陶瓷容器主要用于包装酒,腌渍品及一些传统食品 。 陶瓷材料用于食品包装时应注意彩釉烧制的质量 。 彩釉是硅酸盐和金属盐类物质,
着色颜料也多使 用金属盐类物质 。 这些物质中多含有铅,砷,铜等有毒成分,当烧制质量不好时,彩釉未能形成,不溶性硅酸盐,从而使用陶瓷容器时会发生有毒,有害物质的溶出而污染内装食品 。
