食品級鍍錫板表面質(zhì)量控制
鍍錫板是薄鋼板經(jīng)鍍錫而制成的產(chǎn)品。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的鍍錫板通常是兩面鍍有商業(yè)純錫的冷軋低碳薄鋼板，它集鋼的強(qiáng)度和成形性與錫的耐蝕性、焊接性和外觀于一體。鍍錫板被廣泛用于食品工業(yè)和各種容器、沖壓制品、包裝材料的非食品工業(yè)，具有無毒無味、質(zhì)量輕、易于加工成型等優(yōu)點(diǎn)［1］。隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，對食品級鍍錫板的需求呈強(qiáng)勁增長趨勢，但是隨著法律法規(guī)的不斷完善以及消費(fèi)者食品安全意識(shí)的不斷提高， 市場和消費(fèi)者對食品級鍍錫板的產(chǎn)品質(zhì)量提出了新的要求。因此，在新的市場環(huán)境下，開展鍍錫板表面控制技術(shù)的研究與應(yīng)用具有重要意義。
食品級鍍錫板一般要經(jīng)過分裁、涂布、印刷、裁模、制罐、灌裝做成鋼制三片罐，最終流向市場，進(jìn)入千家萬戶。隨著人們生活水平的逐步提高，食品級鍍錫板消費(fèi)量呈逐年增加趨勢，2023年僅三片罐年消費(fèi)量就超過 400億只。在市場對食品安全事故零容忍的背景下，一旦鍍錫板表面缺陷未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)， 而流通至市場環(huán)節(jié)，輕則整批次訂單下架召回; 重則生產(chǎn)企業(yè)被勒令停產(chǎn)整頓，甚至關(guān)停。因此，食品生產(chǎn)企業(yè)以及金屬包裝企業(yè)對鍍錫板的表面質(zhì)量提出了不同于其他鋼鐵產(chǎn)品的特殊要求。近兩年，金屬包裝企業(yè)推廣的一罐一碼、罐體在線檢測技術(shù)、印刷離線自動(dòng)檢測技術(shù)，均為保障零缺陷產(chǎn)品流向市場的重要技術(shù)手段; 同時(shí)，逐步要求鍍錫板生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行食品安全管理體系建設(shè)和認(rèn)證。這些措施充分體現(xiàn)了鍍錫板表面質(zhì)量控制的特殊性和重要性。
鍍錫板鍍錫量是影響三片罐制罐焊接的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)鍍錫量不均時(shí)，由于焊接電流不匹配，極易引起焊縫虛焊且極難被發(fā)現(xiàn)，往往造成產(chǎn)品流向銷售終端后內(nèi)容物漏罐，形成批量退貨。同時(shí)鍍錫量也是決定馬口鐵耐蝕性能的指標(biāo)之一，當(dāng)用其儲(chǔ) 存腐蝕性較強(qiáng)的酸性食品時(shí)，鍍錫量不均勻還會(huì)產(chǎn) 生化學(xué)性脹罐，縮短食品保質(zhì)儲(chǔ)存時(shí)間，給食品安全帶來質(zhì)量隱患［2］。目前，國內(nèi)大部分鍍錫生產(chǎn)線采用了酸性弗洛斯坦電鍍錫工藝，通過對鍍錫板加負(fù)電，使溶液中的 Sn2 + 吸附到帶鋼表面，形成錫層?？扇苄躁枠O鍍錫生產(chǎn)線，由于陽極間距不均勻，還造成帶鋼在寬度方向鍍層不均; 另外鍍錫板生產(chǎn)時(shí)，由于電鍍電流的邊緣效應(yīng)，帶鋼邊部的電流密度過于集中，導(dǎo)致帶鋼邊緣電鍍量增加 2 ～ 3 倍，從而形成邊部亮邊缺陷。
為了解決可溶性陽極生產(chǎn)線鍍錫量不均勻的問題，現(xiàn)在鍍錫行業(yè)傾向于采用不溶性陽極生產(chǎn)線，鍍液中的 Sn2 + 由生產(chǎn)線外的溶錫系統(tǒng)提供，從根本上解決了陽極與帶鋼間距不一致的問題，鋼帶寬度方向上鍍錫量均勻。另外采用邊緣罩控制技術(shù)，屏蔽帶鋼邊部電流，有效阻止帶鋼邊部錫層增厚。以上兩種技術(shù)的應(yīng)用大大緩解了鍍錫量不均的問題。
但是，不同企業(yè)控制鍍錫量能力不同的關(guān)鍵原因?yàn)? (1) 由于不溶性陽極板本身存在電阻，容易造成電鍍電流密度變化，從而影響鍍錫量的均勻性; (2) 隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，不溶性陽極表面二氧化銥會(huì)慢慢消耗，引起局部阻抗增大，造成鍍錫量分布不均勻; (3) 當(dāng)帶鋼焊縫通過邊緣罩時(shí)，邊緣罩被迫自動(dòng)打開，造成帶鋼頭尾邊部鍍錫量異常。
隨著三片罐制罐線生產(chǎn)速度的提升，對鍍錫板鍍錫量均勻性要求將會(huì)更加苛刻。一方面需要企業(yè)積累經(jīng)驗(yàn)，規(guī)范操作，減輕鍍錫量不均及減少不良品的產(chǎn)生; 另一方面仍需行業(yè)專業(yè)人員從原理、設(shè)備上進(jìn)行攻關(guān)，采用新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鍍錫量均勻性控制的突破。
帶鋼經(jīng)鍍錫、軟熔工藝后，還要對鍍錫板進(jìn)行鈍化處理。目前，一般采用重鉻酸鈉溶液進(jìn)行陰極電解鈍化，形成氧化鉻和氫氧化鉻組成的鈍化膜。該鈍化膜不但具有很好的耐蝕性，而且可以抑制因鍍錫鋼板長期儲(chǔ)藏以及涂料加熱烘烤過程中發(fā)生的因錫氧化變黃和由于保存含硫食品易引起的容器變黑。
涂印過程中產(chǎn)生的雙酚 A、三聚氰胺、甲醛、塑化劑等有毒有害物質(zhì)越來越受到關(guān)注。高端食品生產(chǎn)企業(yè)紛紛要求金屬包裝制罐企業(yè)采用更加綠色環(huán)保安全的涂料，例如環(huán)氧氨基涂料。
鍍錫板鈍化膜是決定鍍錫鋼板涂飾所要求的潤濕性和附著性的關(guān)鍵因素［3］。但是由于鍍錫板鈍化膜不穩(wěn)定，特別是 與新型環(huán)保安全涂料匹配性較差，導(dǎo)致漆膜附著力差、抗硫和抗酸達(dá)不到要求，限制了綠色環(huán)保涂料的推廣。
另一方面鉻酸鹽中 Cr6 + 毒性很大，嚴(yán)重污染環(huán)境，危害人體健康; 在鈍化模中存在的 Cr3 + ，存放一段時(shí)間后，在空氣中( 特別是高溫或存在強(qiáng)氧化介質(zhì)環(huán)境) ，Cr3 + 易被氧化而檢測出微量 Cr6 + 。所以，鍍錫板采用不含鉻元素的無鉻鈍化技術(shù)是必然發(fā)展趨勢。2006年7月1日ＲOHS 指令和2007年6月1日ＲEACH 指令的強(qiáng)制實(shí)施，均作出了限制 Cr6 + 有害物質(zhì)的使用要求。
(1) 在無鉻鈍化技術(shù)尚未突破的前提下，各鍍錫板生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)與金屬包裝企業(yè)、涂料制造商進(jìn)行聯(lián)合研究，通過鍍錫鈍化工藝改進(jìn)、涂布印刷工藝改進(jìn)和涂料配方的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)更加環(huán)保安全涂料的推廣應(yīng)用。
(2) 相關(guān)企業(yè)能否加快鍍錫板無鉻鈍化技術(shù)研發(fā)的步伐，徹底打破無鉻鈍化產(chǎn)品對傳統(tǒng)鈍化方式的依賴，優(yōu)先擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，有效控制生產(chǎn)成本，不僅關(guān)系到企業(yè)的未來競爭力，更是響應(yīng)國家環(huán)保要求，承擔(dān)社會(huì)責(zé)任的具體體現(xiàn)，社會(huì)意義重大。
黑灰是鍍錫板表面質(zhì)量的主要缺陷之一，是在鍍錫過程中產(chǎn)生的、呈高度彌散狀的物質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)鋼板表面呈棕黃色霧狀、分布不均勻、擦拭到測試紙上則為黑色粉末。黑灰的產(chǎn)生與存在不僅影響產(chǎn)品的外觀，還嚴(yán)重影響錫層與鈍化膜之間、鈍化膜與涂料之間的結(jié)合力，特別是當(dāng)黑灰嚴(yán)重時(shí)，在涂漆覆蓋后 ( 如制飲料罐) ，將誘導(dǎo)點(diǎn)腐蝕的產(chǎn)生。同時(shí)黑灰的產(chǎn)生破壞了合金層的完整性，降低了鍍錫鋼板的耐蝕性。另外當(dāng)鍍錫板用于不進(jìn)行涂漆的產(chǎn)品時(shí)，黑灰控制不合格還將直接導(dǎo)致產(chǎn)品降級。
鍍錫板黑灰主要產(chǎn)生于電鍍、軟熔和鈍化三段工藝及生產(chǎn)中的摩擦過程。電鍍中由于部分錫化合價(jià)改變而形成錫的氧化物，這些氧化物以共沉積的方式進(jìn)入鍍層，后續(xù)軟熔導(dǎo)致氧化物在表面浮出，同時(shí)軟熔工藝也會(huì)導(dǎo)致錫化合價(jià)的改變。在陰極電解鈍化階段，鈍化液濃度、pH 值、溫度、老化程度、陰極鈍化電量以及雜質(zhì)離子均對黑灰的產(chǎn)生有不同程度的影響，這些因素是黑灰缺陷產(chǎn)生的重要原因。另外在收卷和運(yùn)輸過程中也會(huì)產(chǎn)生少量黑灰缺陷。
從生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來看:
(1) 控制錫泥的過量產(chǎn)生可以減少電鍍階段黑灰缺陷產(chǎn)生的可能性;
(2) 加強(qiáng)對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的嚴(yán)格控制，尤其注意保證淬水水質(zhì)、鈍化槽液提前過濾及鈍化沖洗質(zhì)量、后活套各輥的表面清潔，均可減輕黑灰缺陷的產(chǎn)生。由于黑灰缺陷的產(chǎn)生與設(shè)備、工藝條件、操作的規(guī)范性均有關(guān)系，它是一系列因素疊加產(chǎn)生的質(zhì)量 缺陷。當(dāng)前對黑灰缺陷的產(chǎn)生機(jī)理仍然存在爭議， 需進(jìn)行系統(tǒng)研究，加上生產(chǎn)條件的限制，黑灰缺陷在實(shí)際的生產(chǎn)過程中仍無法完全消除，因此對于鍍錫板黑灰缺陷產(chǎn)生的原因和控制措施還需進(jìn)一步深入研究。
5. 1 蚊蟲污染缺陷產(chǎn)生規(guī)律及影響
春夏兩季，隨著天氣變熱，蚊蟲類污染鍍錫板表面缺陷開始突顯，到秋季隨著天氣轉(zhuǎn)涼，蚊蟲活動(dòng)性變差，該缺陷達(dá)到一年之中的頂峰。蚊蟲類表面缺陷不僅會(huì)影響鍍錫板表面美觀性，還會(huì)影響鍍錫板的耐腐蝕性。表面有蚊蟲缺陷的鍍錫板制作成的食品包裝容器，如果混入蚊蟲，給企業(yè)帶來的損失難以估計(jì)。為了保證食品級鍍錫板的安全性，清潔化生產(chǎn)勢在必行。
(1) 食品級鍍錫板生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)突破一般鋼鐵行
業(yè)要求，建立清潔化衛(wèi)生生產(chǎn)車間，實(shí)現(xiàn)封閉作業(yè)生產(chǎn)，最大限度在根源與渠道上遏制蚊蟲污染。
(2) 企業(yè)應(yīng)對生產(chǎn)車間周圍區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，蚊蟲源例如廠區(qū)垃圾池、公共場所遠(yuǎn)離生產(chǎn)車間，降低蚊蟲進(jìn)入車間的概率。
(3) 對鍍錫生產(chǎn)線外圍安裝滅蚊燈和驅(qū)蚊燈， 將蚊蟲消滅在產(chǎn)線以外。
(4) 對容易產(chǎn)生蚊蟲污染的重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)，如對鍍錫生產(chǎn)線出入口地下活套、拉矯機(jī)等設(shè)備安裝防蚊蟲防護(hù)網(wǎng)，以杜絕生產(chǎn)過程中蟲體污染鍍錫板表面。
(5) 在制度方面，制定蚊蟲防治方案，形成制度化、規(guī)范化、常態(tài)化的蚊蟲治理機(jī)制，全方位控制鍍錫板蚊蟲污染缺陷，減少或杜絕產(chǎn)線蚊蟲污染表面缺陷的產(chǎn)生，保證鍍錫板表面質(zhì)量，進(jìn)而保證食品安全。
鍍錫板作為金屬包裝材料中最重要的原材料， 其表面質(zhì)量直接決定了產(chǎn)品和客戶檔次的高低，影響到企業(yè)在行業(yè)中的地位; 特別是隨著國家法律法規(guī)逐步完善，以及消費(fèi)者食品安全意識(shí)的增加，鍍錫板生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)在鍍錫量均勻性控制技術(shù)、無鉻鈍化技術(shù)、鍍錫板黑灰產(chǎn)生機(jī)理和控制措施等方面開展系統(tǒng)研究，實(shí)現(xiàn)食品級鍍錫板專業(yè)化生產(chǎn)，為市場和消費(fèi)者提供安全可靠的食品級鍍錫產(chǎn)品。
參考文獻(xiàn)
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