华农食品工艺学笔记之金属罐头容器(1)
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第二章罐藏容器及其制造
金属罐头容器
2.1 常用制罐材料:
罐体材料:镀锡薄钢板、镀铬薄钢板、铝合金薄板
金属罐中,目前最常用的材料是镀锡薄钢板以及涂料铁等,其次是铝材以及镀铬薄钢板等。
罐头内外壁涂料:罐头内壁涂料、罐头外壁涂料
罐头密封胶
2.1.1镀锡薄钢板(Tinplate)
镀锡薄钢板(简称镀锡板,俗称马口铁):是一种具有一定金属延展性,表面经过镀锡处理的低碳薄钢板。
据镀锡方法不同,可分为:热浸镀锡板,电镀锡板
电镀锡板具有镀锡均匀,耗锡量低,质量稳定,生产率高,并可以进行差厚镀锡等优点。现在用于制罐的镀锡板都是电镀锡板
电镀锡板各层的厚度、成分和性能特点
钢基:冷轧薄钢板,一般为:
L型:含杂质少,用于要求耐腐蚀性强的食品
MR型:含杂质较少,用于要求耐腐蚀性强的食品
结构组成 |
厚度 |
成分 |
性能特点 |
钢基 |
0.2-0.3mm |
低碳钢 |
机械加工性能良好,制罐后具有必要的强度 |
锡铁合金层 |
1g/m2, 1.310-4 mm |
锡铁合金结晶 |
耐腐蚀过后会影响加工性能和可焊性 |
锡层 |
5.36-22.4g/m2, 0.4~1.510-3 mm |
纯锡 |
美观、无毒、耐腐蚀且易焊接 |
氧化层 |
1-3mc/m2(单面), 10-6 mm |
氧化亚锡 氧化锡 氧化铬、金属铬 |
经化学处理后生成的钝化膜能防锈、防变色和抗硫化斑 |
油膜 |
2-5mg/m2, 10-6 mm |
棉籽油 癸二酸二辛酯 |
润滑、防锈,隔绝空气,耐腐蚀 |
MC型:含磷高于L和MR,强度大,用于对耐腐蚀性弱的食品
电镀锡板的生产工艺流程:
低碳钢(钢水)浇铸初轧热轧带钢酸洗冷轧电解清洗退火平整裁边电解清洗电镀锡软熔钝化处理涂油卷曲剪切检查包装
镀锡板的技术指标
A 镀锡量
表示单位或特定面积的镀锡原板上的镀锡重量。
镀锡量的标号: 以每一基箱镀锡板两面所镀的锡重量(磅)100所得数字表示;可以用 g/m2 表示镀锡量;
(可用电解碘方法、电解剥离法和碘酸钾滴定法测定镀锡量,详细过程青参阅《罐头工业手册》第一分册。)
基箱(Base Box,BB)
尺寸:1420英寸 or 508355.6 mm 的镀锡薄板112张,称为1基箱
或 2028英寸 or 508711.2 mm 的镀锡薄板56张,称为1基箱;
1 基箱面积: A = 20.2325 m 2=31360 平方英寸
常用的电镀锡板镀锡量:1磅/基箱(22.4g/m2);0.75磅/基箱(16.8g/m2);0.5磅/基箱(11.2g/m2)
差厚电镀锡板:两面的镀锡量不同,表示1.00/0.25;镀锡厚的一面做罐头内壁,要注意区分正反面,一般要在板上印有差厚标记:日本:在镀锡薄的一面,距边沿2毫米处划一白色直线;USA在较薄的一面印上图案做标记
B 规格尺寸
板厚度:为保证罐有一定的强度,加工中能承受内外压力不变形,保持良好的密封性能,镀锡必须要有一定的厚度.在保证强度的条件下板应尽量薄。
常用厚度:0.16 ~ 0.50mm 常用的有:0.22mm,0.25mm,0.28mm。
已往用每一基准箱重量表示,目前国际和我国以mm为单位表示厚度和尺寸。
规格尺寸:厚度、宽度与长度
宽度和长度:通用的尺寸是2028英寸,现在一般在允许范围内根据需要而定,但必须以最经济节省的使用镀锡板为原则。
尺寸规格一般按用户根据各种罐形分别确定必要的最小限度的镀锡尺寸供货。
C 镀锡板的调质度
镀锡板的机械性能:包括硬度、抗拉强度、屈服强度、伸长率和杯突值等。
调质度(T):是指镀锡薄板经过机械性能加工或热处理后表示其硬度、延伸性和加工性等相关的机械性能的一种综合指标。
通常用洛氏表示硬度表示,洛氏表面硬度是最有代表性的机械性能指标之一。
可用洛氏表面硬度计测定 HR30T: T越小,镀锡板质地越软,适合制造深冲罐;
T越大,硬度越高,适合制造大型的高压容器。
国际上常以调质度划分薄板等级:T-1,T-2, T-2.5,T-3,T-4,T-5,T-6七个等级;
罐头工业生产用的镀锡薄板调质度一般为T-2.5, T-3和T-4。
D 表面精整
国外:按镀锡后有无经过软熔处理将板分为:
光亮精整外观:镀锡后经过软熔处理表面有光泽。
无光精整外观:镀锡后未经过软熔处理表面无光泽。
根据镀锡前钢基在调质平整时辊轧处理方法不同,又可分为5A,5B,5C,7A,7B,7C
7B:用于制罐身及18升罐;7C:适于制作罐头盖;5C:多用于装啤酒软饮料的罐盖
E 抗腐蚀性能
镀锡薄板的抗腐蚀性能:铁溶出值(ISV);酸浸时滞值(PLV);合金-锡电偶值(ATC);锡层晶粒度;锡层和锡铁合金层厚度
统称为镀锡板抗腐蚀性能的五项指标。综合评价镀锡板的耐腐蚀性能
① 铁溶出值(ISV)
铁溶出值(ISV)------是指一定面积的镀锡薄板在一定温度的酸液中保持一定时间浸出的铁的数量.
ISV值高,则表示耐腐蚀性差;一般要求Tinplate的ISV值应低于20mg/20cm2。
② 酸浸时滞值(PLV)
酸浸时滞值(PLV)------指Tinplate钢基在保持一定温度的酸液中酸蚀开始的时间。
PLV值高则表示耐腐蚀性差,要求不超过10秒;?
PLV与钢基表面质量有关系,表面氧化物、碳化物和其他杂质都会明显影响其值;
是钢基表面质量指标
③ 合金-锡电偶值(ATC)
合金-锡电偶值(ATC)------是将出去锡层后的薄板合金层作为阴极、纯锡为阳极,在排气的葡萄柚汁中做成短路,于26℃条件下反应20h后测定的电流强度.
为锡铁合金层连续致密度的指标;值越小,耐腐蚀性能越好,要求不超过0.05mA/cm2.
④ 锡层晶粒度
锡层晶粒度------表示Tinplate经稀酸侵蚀一定时间后表面锡晶的结构参数(锡结晶晶粒大小)。
级别越小,表示晶粒度指标越好,实际的晶粒越大。要求不高于标准板9级。
F 表面缺陷
对罐头用的镀锡板,外观要求光亮平整,无辊轧痕迹及杂物;
不允许有裂缝、折边、锈斑、凹坑、孔洞及夹层等缺陷。
镀锡薄板的选用
a 罐型较大的罐头应选用较厚的镀锡板 ;
罐型较小的罐头应选用较薄的镀锡板。
b. 大多数罐头选用调质度T-2.5、T-3、T-4的镀锡板;
冲拨加工的罐头采用调质度T-1、T-2的镀锡板。
镀铬薄钢板
镀铬薄钢板------商品名称为铬型无锡钢板(TFS-CT),简称镀铬板,是一种表面镀铬和铬的氧化物的低碳薄钢板。
(是为了减少用锡而发展起来的替代镀锡板的制罐材料。美国和日本有生产,厚度一般为0.15-0.6mm;食品工业常用0.24mm左右的镀铬板。)
优点:
节省用锡;经涂料涂布后的涂膜附着力好;适宜制造底盖和冲拔罐。
缺点:
镀铬板的耐腐蚀性较镀锡板差;用焊锡法焊接加工困难,必采用熔接法和粘合法。
尚未广泛代替Timplate,主要用于腐蚀性较弱的啤酒罐饮料罐与食品罐的罐盖等。
铝合金薄板
铝合金薄板------系由铝镁、铝锰等合金经铸造、热轧、冷轧、退火、冷轧、热处理和矫平等工序制成。
优点:
轻便美观、不生锈、延伸性能优异、无硫化铁和硫化斑等特点。
缺点:
焊接困难,对酸和盐的耐腐蚀性较差,须经涂料后方可使用;
主要用于制造小型的冲底罐及易开盖等的生产。
食品罐头容器内壁涂料
涂料的目的
为防止以上不良现象发生,需要在罐头内壁上均匀涂布一层涂料,将金属面和食品完全隔开,以保证食品质量,延长罐头的贮存期限。
镀锡薄板是最常用的制罐材料,用Timplate制成罐头时,仍有不足之处,用它直接装食品仍有化学反应发生,造成食品污染,容器被腐蚀等现象. 如:
鱼贝肉等含硫的蛋白质食品在加热杀菌时会产生硫化物,以致罐壁上常产生硫化斑或硫化铁(黑色)污染食品;
有色水果如杨梅在罐内 Sn2+ 作用下,发生退色现象。
高酸性食品装罐后出现氢胀和穿孔现象,有的食品出现金属味及溶锡现象,使食品 Sn2+大大增加。
对食品罐藏容器内壁涂料的要求
罐头的品种不同,涂料的要求不同:
蛋白质丰富的水产、禽、肉罐头,采用抗硫涂料,防止硫化腐蚀;
酸性较强的罐头如番茄酱、酸黄瓜,采用抗酸涂料,防止酸腐蚀;
含花青素的水果罐头草莓、杨梅、樱桃,采用一般涂料防止退色;
清蒸鱼、午餐肉罐头易粘壁,采用防粘涂料,使内容物易倒出保持形态完整美观;
装啤酒的罐也要在制罐后喷涂涂料消除孔隙点,防止铁离子溶出影响啤酒的风味和透明度。
涂料成膜后无毒,不影响内容物的风味和色泽;
涂料成膜后能有效的防治内容物对罐壁的腐蚀;
涂料成膜后附着力良好,具有所要求的硬度、耐冲性、耐焊锡热等,适应制罐工艺要求;
杀菌后,涂膜不变色、软化和脱落;
施工方便,操作简单,烘干后能形成良好的涂膜;
涂料贮藏稳定性能好;
涂料及所用的溶剂价格便宜。
涂料的组成
涂料都是有机化合物,构成涂料的原料有多种,主要有油料、树脂、颜料、增塑剂、溶剂和其他辅料。
油料和树脂是主要成膜物质,是涂料最重要的成分,溶剂也是重要成分之一。
① 涂料的组成:树脂
树脂是一种高分子有机化合物,可呈固态,也可呈高粘度胶体状态,大多数树脂能溶于有机溶剂中成为液体。当涂料涂于Timplate表面上,溶剂挥发后,涂料中的树脂及其他成分就会干结成膜,即涂膜。树脂在涂膜形成过程中起着基本成膜作用。
天然树脂:曾在涂料工业中发挥过重要作用,如虫胶树脂、松香树脂,但因质量不稳定、使用不方便而受到限制。
合成树脂:产量多,质量有保证,广泛用作罐内壁涂料.在选做罐头涂料时,应根据食品的类型加以选择。
常用的罐头内壁涂料树脂有:酚醛树脂、环氧树脂、醇酸类树脂、还原乙烯型树脂。
A 酚醛树脂
优点:
其抗化学性能和硬度较为理想,成膜后孔隙较小,不被油及脂肪软化,对脂肪的渗透性小,不易产生硫化物和腐蚀现象。
缺点:
其脆性较大、附着力较差,一般改性后使用;
应用范围:广泛用作肉、禽、水产类罐头的内壁涂料。
B 环氧树脂
具有很多的抗化学性能和耐热性能;
对金属表面的附着力强;
可与酚醛树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂等并用,制成抗酸和抗硫涂料;
已广泛用于食品罐头的生产。
醇酸类树脂:
具有很好的弹性和耐热性;对金属有良好的附着力;抗腐蚀性能强;适用于罐头内涂料
C 还原乙烯型树脂:
② 涂料的组成:溶剂
溶剂是一种挥发性液体,在涂料干燥过程中全部挥发,涂膜中不应残留不挥发的残余物。
溶剂的作用:
溶解和稀释树脂和涂料,改善粘度,便于涂布。
涂印时溶剂起到增加表面润湿作用,使涂料渗透良好保证涂膜具有较好的附着力;
使涂层有良好的流平性,避免涂层过厚、过薄和起皱等缺陷。
溶剂在涂料组合中占有很大部分,对涂膜的形成和质量有重要影响,应根据涂料品种、加工的具体条件选择溶剂。常用有:
石油溶剂:
煤焦油溶剂:甲苯、二甲苯沸点较高,毒性较小,在涂料工业中应用广,可溶解各种醇酸树脂和环氧树脂等。
酯类:溶解能力强,能溶解环氧树脂、醇酸树脂等,常用的有乙酸乙酯、乙酸戊酯等。
③ 常用罐头内壁涂料种类及使用
#214环氧酚醛树脂涂料 2126酚醛树脂涂料 617环氧酯氧化锌涂料
防粘涂料 冲拔罐抗硫涂料 EP-3快干接缝补涂涂料
A #214环氧酚醛树脂涂料
组成:#609环氧树脂 和 #703苯酚甲醛树脂制成。
特点:
有较好的耐腐蚀性、耐焊锡热性、耐冲性;
涂料基本无异味;
有抗酸和抗硫双重作用
应用范围:常用作肉、鱼、水果、蔬菜罐头的内壁涂料。
使用溶剂:香蕉水,粘度(4号福特杯,25℃)16-18秒,固体含量331%。
B #2126酚醛树脂涂料
组成:由苯酚甲酸和甲醛以氨水作为催化剂缩合而成。
特点:抗化学性致密性好,耐冲性差;
应用:抗硫涂料铁的面涂料和补涂涂料;
溶剂:丁醇和乙醇(1:3)混合物。
C #617环氧酯氧化锌涂料
组成:由#604环氧树脂与亚油酸、亚麻酸酯化的环氧酯,加入一定量的氧化锌制成
特点:耐冲性、抗硫性较好,但涂膜较软,不宜单独使用
应用:常用作抗硫涂料铁和防粘涂料铁的底涂料
溶剂:丁醇和香蕉水(1:1)
D 防粘涂料
组成:是将环化橡胶溶解,然后与高熔点合成蜡-乙撑二硬脂酰胺共同研磨而成;
特点:有良好的防粘性,但抗硫性差,需用617环氧酯氧化锌涂料打底;
应用:午餐肉类罐头;
溶剂:甲苯和香蕉水(1:1)。
E 冲拔罐抗硫涂料
#S-73冲拔罐抗硫涂料
组成:以#214环氧酚醛为基料,加入由氧化锌与#621线性环氧树脂轧成的氧化锌浆制成;
特点:良好的抗硫性和深冲性;
应用:鱼肉关头冲拔罐的内涂料;
溶剂:香蕉水
#51冲拔罐抗硫涂料
组成:由环氧年脲醛树脂底涂料和多羟酚酚醛树脂面涂料组成
特点:良好的抗硫性和深冲性;
应用:鱼肉关头冲拔罐的内涂料;
溶剂:环己酮、醋酸丁酯和二甲苯(3:3:4)
F EP-3快干接缝补涂涂料
组成:是一种双组分涂料。
甲组分:61环氧树脂+609环氧树脂涂液;
乙组分:650聚酰胺树脂。
使用:100份甲+40份乙+25份甲苯/乙基溶纤素(9:1)稀释剂混合。踏平后涂于罐内接缝,预热或晾干后经焊接加热固化成膜。
④ 罐头外壁涂料(即彩印涂料)
作用:
以印铁商标代替纸商标,省去贴标,美观;
避免纸标签破损、脱落等缺点;
防止罐外生锈。
提高包装装潢质量,如三缩颈的饮料罐,八宝粥罐头等。
常用外壁涂料有:
环氧胺基醇酸树脂涂料
#C05-3胺基醇酸树脂涂料
环氧脲醛树脂涂料
#M81丙烯酸树脂涂料
环氧酯涂料
⑤ 罐头密封胶
罐头密封胶固化成膜作为罐藏容器的密封垫料,填充于罐底盖和罐身卷边接缝中间,当经过卷边封口作业后,由于其胶膜和二冲卷边的压紧作用将罐底盖和罐身紧密结合起来。
作用:保证罐头的密封性能,防止外界微生物和空气的进入,使罐头食品能长期保存。
对罐头密封胶的质量要求:
无毒无害,符合食品卫生要求
不含杂质,有良好的可塑性便于填充罐底盖于罐身卷边接缝间的空隙,保证罐头的密封性。
与板材结合是有良好的附着力及耐磨性能
胶膜应有良好的抗热、抗水、抗油及抗氧化等耐腐蚀性能,确保罐头在杀菌、油类制品生产以及加热排气时不溶化、不脱落,保持良好的密封性能。
特别是热稳定性一定要好,否则高温高压杀菌时就会融化,造成罐内流胶现象而污染食品。
罐藏容器的密封垫料,除部分玻璃罐的金属盖上使用塑料溶胶制品外,基本上都是橡胶制品。我国几乎全面采用天然橡胶,而不用合成橡胶;国际上多采用合成橡胶;
不用合成橡胶;国际上多采用合成橡胶;
金属罐的密封胶均为液体橡胶,是浇注在盖沟上固化成膜的;
用作密封胶的液体橡胶,按其不同的稀释条件,可分为:
水基胶:氨水胶使用较多,尤以硫化乳胶使用最广
溶剂胶:使用较少。
A 罐头密封胶:氨水胶
主要组成部分是天然乳胶、配合剂(硫磺、高岭土、干酪素、促进剂 TMTD等)
配合剂的作用:
使液胶性能得到改善,使密封胶更符合罐头食品和制罐工艺的要求,
由于大量填料的加入有利于降低胶乳的表面张力,使液胶在浇注是能按规定要求均匀涂布在盖沟内。
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