某馬口鐵空罐內(nèi)壁線狀異常微觀分析

（奧瑞金包裝股份有限公司，北京 101407）

某馬口鐵空罐內(nèi)壁線狀異常微觀分析

宋偉偉 黃 巍 王潔瓊 柏建國

（奧瑞金包裝股份有限公司，北京 101407）

馬口鐵三片罐由于具有機(jī)械性能好，阻隔性能優(yōu)異，制造工藝成熟，生產(chǎn)效率高，裝潢精美和可回收利用等優(yōu)點(diǎn)，是目前市場上食品和飲料常見的包裝形式之一。馬口鐵罐內(nèi)壁的涂層質(zhì)量對所裝內(nèi)容物在貨架壽命期內(nèi)的食品安全有重要影響。常規(guī)顯微鏡和更高級的掃描電子顯微鏡是進(jìn)行金屬包裝微觀形貌觀測和成分分析的有效手段。本文通過對某食品包裝用馬口鐵三片罐內(nèi)壁線狀異常的微觀分析，分析查找了產(chǎn)生問題的原因和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為金屬包裝產(chǎn)品進(jìn)行微觀分析測試提供了案例。

金屬包裝 馬口鐵罐 顯微鏡 微觀分析

0 前言

馬口鐵三片罐由于具有機(jī)械性能好，阻隔性能優(yōu)異，制造工藝成熟，生產(chǎn)效率高，裝潢精美和可回收利用等優(yōu)點(diǎn)，是目前市場上食品和飲料常見的包裝形式之一，深受包裝行業(yè)和廣大消費(fèi)者喜愛[1,2]。馬口鐵三片罐內(nèi)壁的涂層是保護(hù)內(nèi)容物在貨架壽命期內(nèi)食品安全的有效屏障，當(dāng)內(nèi)壁涂層出現(xiàn)漏涂、雜質(zhì)點(diǎn)或劃傷等缺陷時(shí)，會導(dǎo)致罐體缺陷部位容易發(fā)生腐蝕，影響所包裝內(nèi)容物的感官和口味，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致罐體腐蝕穿孔泄露等，產(chǎn)生質(zhì)量安全事故。

目前，馬口鐵三片罐的檢測多采用傳統(tǒng)的檢測方法，有些方法雖然簡便實(shí)用，但有時(shí)已不能很好地分析和解決所出現(xiàn)的問題[3]。常規(guī)顯微鏡和更高級的掃描電子顯微鏡是進(jìn)行材料的微觀形貌、組織和成分分析的有效工具，在金屬材料和非金屬材料等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用[4]。本文采用常規(guī)顯微鏡和掃描電子顯微鏡對某食品包裝用馬口鐵空罐內(nèi)壁線狀異常進(jìn)行微觀分析，分析查找罐體問題產(chǎn)生的原因和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為金屬包裝產(chǎn)品進(jìn)行微觀分析測試提供分析思路和案例。

1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)材料為馬口鐵空罐樣品，內(nèi)壁有線狀痕跡，從罐口延伸至罐底，將空罐剪開，取含有線狀異常的局部區(qū)域，如圖1所示。測試前對樣品進(jìn)行剪切等處理，使其能夠在顯微鏡下進(jìn)行觀察測試。實(shí)驗(yàn)儀器主要有SteREO Discovery.V8體式顯微鏡鏡體，Axio Scope.A1金相顯微鏡和EVO-18鎢燈絲掃描電子顯微鏡，系統(tǒng)地對馬口鐵空罐樣品進(jìn)行微觀形貌觀測和成分分析測試。

圖1 某馬口鐵罐內(nèi)壁含線狀痕跡樣品

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 顯微鏡觀測結(jié)果

采用體式顯微鏡觀察線狀痕跡的形貌，為了更清楚地觀測和比較線狀痕跡區(qū)域與周邊區(qū)域的差異，并采用金相顯微鏡的明場和偏光模式觀測樣品，體式顯微鏡和金相顯微鏡觀測到的線狀痕跡局部形貌分別如圖2 ～圖5所示。

圖2 體式顯微鏡10×

圖3 金相顯微鏡明場50×

圖4 金相顯微鏡明場100×

圖5 金相顯微鏡偏光100×

從圖2 ～ 5可以看出，馬口鐵罐內(nèi)壁涂膜表面有相對規(guī)則的灰色線條，該線條從罐口延伸至罐底。為了進(jìn)一步對該線條進(jìn)行檢測，采用金相顯微鏡對該灰色線條進(jìn)行觀測，檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)線條區(qū)域樣品表面未見明顯劃痕，也未見到劃傷或裂開。經(jīng)過增加觀測倍數(shù)后發(fā)現(xiàn)，灰線呈現(xiàn)樹枝狀不規(guī)則形狀分布，與此區(qū)域的偏光照片對比可知，樹枝狀物質(zhì)顏色與周圍涂膜有明顯差異，這應(yīng)該是由于不同的成分結(jié)構(gòu)造成的差異。

2.2 掃描電鏡觀測結(jié)果

掃描電鏡不僅可以精確觀測樣品表面的形貌，還可以測試樣品表面的元素成分。為了確認(rèn)馬口鐵罐內(nèi)壁線狀區(qū)域的元素成分和形成原因，特對線狀區(qū)域進(jìn)行掃描電鏡測試，線狀區(qū)域在掃描電鏡下放大100和200倍的電鏡圖分別如圖6和圖7所示。

從掃描電鏡圖6和圖7可以看出，線條位置表面未見任何劃傷、裂開等缺陷，但線條區(qū)域由樹枝狀的白色印痕組成，微觀形貌顯示白色印跡下覆蓋了眾多的小顆粒。為了進(jìn)一步確認(rèn)白色痕跡的成分，特分

別對白色痕跡區(qū)域和周圍區(qū)域進(jìn)行能譜成分分析，分別取上圖7中的白色區(qū)域上的A點(diǎn)及其周圍區(qū)域的B點(diǎn)進(jìn)行表面微區(qū)成分分析，測試結(jié)果分別如圖8、圖9和表1所示。

圖6 線狀區(qū)域形貌100×

圖7 線狀區(qū)域形貌200×

圖8 A點(diǎn)能譜分析成分圖

圖9 B點(diǎn)能譜分析成分圖

表1 A和B兩點(diǎn)能譜成分表

從A點(diǎn)和B點(diǎn)的能譜成分分析可知，白色區(qū)域A點(diǎn)含有大量的Ti元素，而周圍正常區(qū)域B點(diǎn)未見Ti元素，只有漆膜的元素成分。結(jié)合微觀形貌分析可推斷，線狀痕跡是由表面漆膜被含鈦白粉的雜質(zhì)污染引起，而且白色的鈦白粉較多地分布在涂料的表層[5]。

2.3 線狀痕跡產(chǎn)生原因分析

取線狀痕跡樣品進(jìn)行剪切，經(jīng)過試樣制備和預(yù)處理后對其橫截面進(jìn)行微觀形貌觀測，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)基板有劃傷現(xiàn)象，此外，由于內(nèi)壁涂層與鑲嵌料化學(xué)黏合，沒有明顯的邊界，給測試帶來難度，但測試中發(fā)現(xiàn)涂膜未見有明顯的異常。

根據(jù)空罐生產(chǎn)加工工藝，線狀痕跡中的鈦白粉來源引入有以下兩個(gè)環(huán)節(jié):一為馬口鐵印刷油墨時(shí)所用的打底白可丁，二為空罐加工時(shí)白色粉末焊縫補(bǔ)涂。因此，對上述兩種可能引入源進(jìn)行成分分析，并與線狀痕跡中的成分測試結(jié)果比對。焊縫補(bǔ)涂區(qū)樣品和印刷油墨時(shí)的白色可丁樣品分別如圖10和圖11所示，兩種樣品在掃描電鏡中的形貌圖分別如圖12和圖13所示。

圖10 焊縫補(bǔ)涂區(qū)域樣品

圖11 印刷油墨時(shí)的白色可丁樣品

圖12 焊縫補(bǔ)涂區(qū)域電鏡圖100×

圖13 白色可丁樣品500×

從圖12和圖13可以看出，焊縫補(bǔ)涂區(qū)域粉末補(bǔ)涂帶比周圍正常罐體表面稍高，且邊緣呈毛刺狀，印刷油墨時(shí)的白色可丁區(qū)域是光滑平整的。在兩個(gè)樣品上分別選C和D點(diǎn)進(jìn)行能譜分析測試，分析兩處的元素成分。焊縫補(bǔ)涂區(qū)域和印刷油墨時(shí)的白色可丁區(qū)域的能譜測試結(jié)果分別如圖14、圖15和表2所示。

由圖14、圖15和表2中的成分分析可知，焊縫補(bǔ)涂涂膜中的成分除含有Ti元素之外，還含有Al、Si、S 等元素，而罐外壁印刷時(shí)的白可丁中的元素含有C、O、Ti元素，與線狀痕跡區(qū)域中的成分測試結(jié)果較為接近。因此，根據(jù)測試結(jié)果比對可知，線狀痕跡區(qū)域中灰線中雜質(zhì)與罐外壁印刷時(shí)的白可丁應(yīng)為同一物質(zhì)。

圖14 C點(diǎn)焊縫補(bǔ)涂能譜成分圖

圖15 D點(diǎn)白可丁能譜成分圖

表2 C和D兩點(diǎn)能譜成分表

由以上分析可判斷線狀痕跡中雜質(zhì)來源于外壁印刷油墨時(shí)的底涂白可丁，由于罐內(nèi)壁線狀痕跡貫穿整個(gè)罐體，且呈規(guī)則直線狀，根據(jù)馬口鐵三片罐的生產(chǎn)工藝流程，推測該線條應(yīng)該是在馬口鐵涂印階段產(chǎn)生，在白可丁涂布過程中，涂料機(jī)鋼輥反面帶料，進(jìn)入烘房固化形成。

3 結(jié)論

由于馬口鐵罐生產(chǎn)工藝流程長，工序多，任何加工過程的不當(dāng)都可能導(dǎo)致內(nèi)壁涂層的漏涂、雜質(zhì)點(diǎn)和劃傷等質(zhì)量缺陷，從而導(dǎo)致罐體缺陷部位容易發(fā)生腐蝕，影響所包裝內(nèi)容物質(zhì)量安全，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題并分析產(chǎn)生問題的原因，才能生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定合格的產(chǎn)品。通過對某食品包裝用馬口鐵三片罐內(nèi)壁線狀異常的微觀分析，可得出以下結(jié)論:

（1）空罐內(nèi)壁線狀痕跡區(qū)域表面未見到任何劃傷、裂開等缺陷，線狀痕跡微觀放大呈樹枝狀的白色印痕；

（2）能譜成分測試表明，線狀痕跡區(qū)域含有鈦元素，白色物質(zhì)應(yīng)為鈦白粉，線條痕跡是由于表面漆膜被含鈦白粉的雜質(zhì)污染引起，且鈦白粉分布在涂料的表面；

（3）經(jīng)過線狀痕跡區(qū)域的成分與粉末補(bǔ)涂、外印刷時(shí)白可丁成分比對可知，線狀痕跡區(qū)域的鈦白粉與外印刷時(shí)白可丁為同一物質(zhì)，應(yīng)該是在馬口鐵涂印階段所產(chǎn)生，機(jī)器反面帶料，白可丁涂料固化而形成線狀痕跡。

[1]許文才, 李東立, 魏華. 國內(nèi)外食品包裝安全研究進(jìn)展[J].包裝工程，2009，8，30(8):86-90.

[2]周云杰. 中國金屬包裝存在的問題及其出路[J].包裝學(xué)報(bào)，2010，7，2(3):6-8.

[3] 李眾, 黃巍, 王潔瓊. 馬口鐵三片罐耐腐蝕性能的電化學(xué)阻抗評估技術(shù)[J]. 飲料工業(yè)，2013，16（11）:31-34.

[4]朱琳. 掃描電子顯微鏡及其在材料科學(xué)中的應(yīng)用[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，24（2）:81-84.

[5]崔建榮. 馬口鐵印刷原輔材料的介紹及選擇[J].印刷技術(shù)，2009，3:29-33.

Microscopic Analysis of Abnormal Srea of a Tinplate Three-piece Can

SONG Wei-wei, HUANG Wei, WANG Jie-qiong, BAI Jian-guo
(O.R.G. Packaging Co., Ltd. Beijing 101407, China)

The three-piece tinplate can is widely used in food and beverage packaging due to many unique advantages. The inside coating quality of tinplate can has important impact on food and beverage cans in the shelf life. Microscope and scanning electron microscope are efective tools to observe and analysis metal packaging samples. In this paper, we observed a tinplate three-piece can by microscope and scanning electron microscope, in order to fnd the cause of problem and provide an example to detect metal packaging.

metal packaging; tinplate can; microscope; microscopic analysis

TB487

B

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2016.11.037.04

宋偉偉（1986-），男，山東菏澤人，碩士，工程師，主要從事金屬包裝貨架壽命研究。