兩片鋁瓶罐生產(chǎn)中內(nèi)防腐與環(huán)保問(wèn)題探討

◎ 王 芳，楊會(huì)芳

（1.漯河市臨潁縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站，河南 漯河 462000；2.漯河市郾城區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，河南 漯河 462000）

中國(guó)包裝工業(yè)正著力于推動(dòng)綠色化發(fā)展，培育適度包裝和綠色包裝理念，將發(fā)展適度包裝和綠色包裝、綠色產(chǎn)業(yè)作為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要舉措[1]。

金屬包裝容器易回收，易實(shí)現(xiàn)回收利用，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。與紙質(zhì)包裝、玻璃包裝、塑料包裝相比，金屬包裝罐具有重輕、經(jīng)濟(jì)方便、生產(chǎn)效率高、可以實(shí)現(xiàn)高速灌裝與易回收處理等優(yōu)點(diǎn)，已被應(yīng)用于啤酒、果蔬汁、碳酸飲料、含乳飲料、植物蛋白飲料和茶飲料等產(chǎn)品的包裝，最受消費(fèi)者及零售商的喜愛(ài)[2]。金屬包裝更加環(huán)保、節(jié)能，順應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式由“高投入、高能耗、高污染”的粗放型增長(zhǎng)方式向“低能耗、低污染、高產(chǎn)出”的集約型增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變的大趨勢(shì)，符合我國(guó)的長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略，也是近年來(lái)全球高端食品飲料開(kāi)始廣泛采用的包裝罐型，符合中國(guó)市場(chǎng)優(yōu)質(zhì)客戶實(shí)施差異化、高端化產(chǎn)品發(fā)展方向。

1 鋁瓶罐生產(chǎn)工藝

鋁制兩片罐是以鋁材為主要材料的金屬包裝產(chǎn)品，應(yīng)用沖拔工藝，其罐身和罐底一體成形，其由罐身和頂蓋兩部分組成，沒(méi)有焊縫，因此具有密封性好、質(zhì)量高、造型美觀、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)。

鋁制兩片罐生產(chǎn)工藝流程[3]：鋁材開(kāi)卷→涂油→沖杯→拉伸→底部成型→修邊→清洗/烘干→內(nèi)涂→烘干→縮翻→檢測(cè)→碼垛包裝。

①開(kāi)卷。通過(guò)翻卷機(jī)翻卷，將用于生產(chǎn)兩片罐的材料卷展開(kāi)。②涂油潤(rùn)滑。提供拉伸時(shí)所需的潤(rùn)滑要求，與沖杯油結(jié)合性能好，根據(jù)設(shè)計(jì)要求裁切成坯料。③沖杯。利用沖床對(duì)鋁板材料施加壓力，使鋁板發(fā)生塑性變形，而得到所要求的罐體的形狀與幾何尺寸。④拉伸。制成的杯體經(jīng)進(jìn)料機(jī)構(gòu)進(jìn)入拉伸機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)罐壁的變薄拉伸，深拉深罐要經(jīng)過(guò)多次再?zèng)_拉才能完成成型加工。⑤底部成型。沖出罐底部的拱形部分。⑥修邊。經(jīng)過(guò)拉伸的罐通過(guò)導(dǎo)罐槽進(jìn)入修邊機(jī)，旋轉(zhuǎn)的修邊刀將罐口切到設(shè)定好的高度。⑦洗罐。利用洗罐機(jī)清洗兩片罐，除去有機(jī)污物、鋁粉和金屬氧化物，并烘干，為內(nèi)覆膜作好表面準(zhǔn)備。⑧內(nèi)覆膜。采用不同工藝，實(shí)現(xiàn)內(nèi)表面覆膜，覆膜后的罐進(jìn)入高溫區(qū)烘干，再進(jìn)入恒溫區(qū)進(jìn)一步穩(wěn)定及保持烘干效果。⑨縮頸。利用工裝工具，將罐開(kāi)口端的直徑縮小，滿足符合要求罐徑和外觀。⑩光檢。利用光探測(cè)技術(shù)，探測(cè)容器的完整性和泄漏，不符合標(biāo)準(zhǔn)的瓶體被剔除。[11]碼垛和捆扎。檢測(cè)合格后的產(chǎn)品進(jìn)行碼垛、捆扎、外售。

2 鋁瓶罐的覆膜防腐處理

2.1 覆膜防腐的作用

鋁瓶罐主要用于裝液體飲料，非常適合用于灌裝碳酸飲料類僅對(duì)壓力、空氣和耐酸性有少許要求的飲品。但飲料對(duì)鋁罐有腐蝕作用，鋁也會(huì)污染飲料，從而影響罐內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量，所以必須要在鋁的表面涂上一層防腐材料，隔絕飲料與罐接觸[3]。鋁罐覆膜工藝首先需要清洗除去大多數(shù)有機(jī)污物，終止罐表面化學(xué)腐蝕。覆膜可采用滾壓、噴涂（液體或粉末）、電鍍或其他類似的技術(shù)。對(duì)鋁制罐表面覆膜的操作過(guò)程中盡量減少對(duì)金屬板及其涂膜的損壞，在某些情況下，如果涂膜不完整，成形后可能需要再進(jìn)行覆膜修補(bǔ)。

2.2 鋁制罐表面覆膜的主要方式及特點(diǎn)[4-6]

目前，在鋁的表面涂防腐材料的方法有表面鈍化+噴涂、鈍化覆膜兩種主要方式，

（1）表面鈍化+噴涂。采用無(wú)鉻、酸性液體化學(xué)品，與鋁反應(yīng)在罐表面形成無(wú)機(jī)轉(zhuǎn)化膜。經(jīng)清洗烘干后利用噴槍，進(jìn)行噴涂。噴涂采用的涂料一般是水性涂料。

酸洗鈍化的前處理根據(jù)使用材料的不同有一定的工藝差異，一般是：①脫脂→水洗→除漬去灰→水洗→鈍化→水洗→干燥。②酸性脫脂→水洗→堿蝕→水洗→除漬去灰→水洗→鈍化→水洗→干燥。③酸性脫脂→水洗→鈍化→水洗→干燥。

噴涂在噴涂機(jī)內(nèi)進(jìn)行，采用水性涂料成分包括水基改性環(huán)氧樹(shù)脂涂料，2-丁氧基乙醇5%～7%，正丁醇3%～5%，2-（二甲氨基）乙醇1%～2%，有機(jī)物410 g/L，20 ℃比重 1.02 kg/L。

（2）鋁表面鈍化成膜。鈍化是使金屬表面轉(zhuǎn)化為不易被氧化的狀態(tài)，在表面形成了一層薄膜，而延緩金屬的腐蝕速度。鈍化處理后具有基本不增加工件厚度和改變顏色的特點(diǎn)，提高了產(chǎn)品的精密度和附加值，使操作更方便；利用酸性溶液，如硫酸、濃硝酸，均與鐵、鋁發(fā)生鈍化，形成一層保護(hù)膜。鈍化促使金屬表面形成的氧分子結(jié)構(gòu)鈍化膜、膜層致密、性能穩(wěn)定，并且在空氣中同時(shí)具有自行修復(fù)作用膜更穩(wěn)定、更具耐蝕性。氟鋯酸類鈍化劑是由氟鋯酸（2%～3%）、硝酸（2%～3%）、氫氟酸（1%～2%）、磷酸（1%～2%）、氫氧化銨（0.5%～1%）配制而成的一種無(wú)鉻鋁表面鈍化劑，具有無(wú)毒無(wú)害的特點(diǎn)。

3 幾種覆膜方式的污染排放比較

3.1 表面鈍化+噴涂

表面鈍化+噴涂包括酸性溶液鋁罐表面鈍化、水性涂料噴涂?jī)蓚€(gè)環(huán)節(jié)。表面鈍化在酸性槽內(nèi)進(jìn)行，硫酸在使用過(guò)程中，會(huì)揮發(fā)產(chǎn)生硫酸霧。

噴涂過(guò)程涂料散失的質(zhì)量約為涂料用量的10%，噴涂后烘干工序會(huì)產(chǎn)生特征污染物揮發(fā)性有機(jī)物，烘干過(guò)程水性涂料中有機(jī)物揮發(fā)量為涂料用量的4%～6%，項(xiàng)目?jī)?nèi)噴涂及烘干在設(shè)備中進(jìn)行，內(nèi)噴涂廢氣及烘干廢氣經(jīng)集氣罩收集后抽排接入廢氣處理系統(tǒng)。

內(nèi)噴涂及烘干設(shè)備上方均設(shè)置集氣罩，廢氣經(jīng)集氣罩收集后進(jìn)光氧催化等離子處理裝置處理后，由15 m以上排氣筒排放。噴涂及烘干過(guò)程中有機(jī)廢氣排放濃度一般低于10 mg/m3，滿足GB16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》表2中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。但對(duì)于大型鋁罐加工企業(yè)來(lái)說(shuō)，廢氣排放量很大，因此有機(jī)污染物的排放量也很可觀，對(duì)環(huán)境的影響不容忽視。

3.2 酸性覆膜鋁表面鈍化成膜

就功能來(lái)說(shuō)，鋁材的鉻酸鹽處理膜已經(jīng)滿足各種要求，國(guó)內(nèi)對(duì)此也取得一定進(jìn)展。但由于污染問(wèn)題，人們轉(zhuǎn)向研究性能不變且無(wú)毒的處理方法[7]。

目前，磷酸鹽有機(jī)膜法是近十多年來(lái)開(kāi)發(fā)的新型處理方法，被稱為第三代化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。該處理液無(wú)污染，主要成分為硝酸2%～3%、氟鋯酸2%～3%、氫氟酸1%～2%、磷酸1%～2%、氫氧化銨0.5%～1%，這些成分均是揮發(fā)性無(wú)機(jī)物，在鈍化槽內(nèi)均揮發(fā)，產(chǎn)生酸霧。

項(xiàng)目酸性廢氣為成膜工序產(chǎn)生的酸霧，包括氟化氫、磷酸霧、硝酸霧，酸霧主要來(lái)源于：①酸溶液表面的蒸發(fā)，酸性氣體分子進(jìn)入空氣，吸收水分并凝聚而形成酸霧。②酸性溶液在有化學(xué)反應(yīng)時(shí)也生成氣泡，氣泡浮出液面后爆破，將液滴帶出至空氣中形成酸霧。酸霧產(chǎn)生量的大小與生產(chǎn)規(guī)模、酸用量、酸濃度、作業(yè)條件（溫度、濕度、通風(fēng)狀況等）、作業(yè)面面積大小都有密切的關(guān)系。

酸性氣體堿洗塔采用堿液噴淋的方式進(jìn)行處理[8]，酸性氣體容易溶于水和堿性溶液，利用堿性溶液（如石灰水）作吸收液凈化酸性廢氣，吸收效率為80%～98%，酸性氣體處理后一般氟化氫濃度在0.2 mg/m3以下，磷酸霧、硝酸霧濃度在5 mg/m3以下，達(dá)到GB 16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》表2中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)環(huán)境的影響相對(duì)較小。

4 結(jié)語(yǔ)

鋁制兩片罐是包裝行業(yè)的未來(lái)趨勢(shì)，其高效、美觀的特點(diǎn)受到市場(chǎng)的青睞，具有逐漸取代三片罐的趨勢(shì)。基于材料特性，覆膜更多地應(yīng)用在沖壓成型的產(chǎn)品上，符合節(jié)能環(huán)保、高效安全的宏觀環(huán)境趨勢(shì)，未來(lái)的市場(chǎng)空間廣闊。噴涂材料含有大量的有機(jī)污染物，而金屬包裝業(yè)是高污染行業(yè)，造成污染的原因是涂料或者油墨印涂在鐵基或者鋁基板上，在利用熱能烘烤時(shí)，涂料和油墨中的有機(jī)污染物揮發(fā)，產(chǎn)生大量的有機(jī)物廢氣，廢氣的成分根據(jù)涂料的不同可能有所差異，但大都包括甲苯、丁醇、乙酸丁酯及環(huán)己酮等。這些有機(jī)氣體經(jīng)吸附凈化或化學(xué)凈化后仍以一定的濃度排向大氣造成環(huán)境污染。據(jù)估算，全國(guó)金屬包裝生產(chǎn)線每年總計(jì)向大氣中排放10萬(wàn)t有機(jī)污染氣體。

鋁制兩片罐在生產(chǎn)過(guò)程中，如果采取對(duì)環(huán)境影響較小的無(wú)機(jī)物或?qū)崿F(xiàn)有機(jī)廢氣資源化技術(shù)處理金屬包裝業(yè)的有機(jī)廢氣，將對(duì)中國(guó)的節(jié)能減排、提高金屬包裝業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力有十分重要的意義。

[1]中國(guó)包裝工業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃[EB/OL].（2017-01-12）[2018-02-24].http://www.keyin.cn/news/sczc/201701/12-1101868.shtml.

[2]嚴(yán) 建.臺(tái)灣兩片罐市場(chǎng)分析[J].中國(guó)包裝，1990（3）：24.

[3]韋繼韜.鋁制兩片罐生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介[J].輕工科技，2016（12）：46-48.

[4]李紅玉.用技術(shù)實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣資源化[N].中國(guó)企業(yè)報(bào)，2009-03-27.

[5]汪泉發(fā).金屬飲料罐的表面處理技術(shù)[J].廣州食品工業(yè)科技，1995，11（1）：25-28.

[6]汪泉發(fā)，黎 燕.鋁及其合金化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)[J].電鍍與環(huán)保，1993，13（4）：11-15.

[7]楊智遠(yuǎn)，甘燕平.鋁質(zhì)易開(kāi)蓋兩片罐淺議[J].輕合金加工技術(shù)，1994（3）：32-35.

[8]王小云，李 堅(jiān)，王艷磊，等.一種新型酸霧吸附劑的試驗(yàn)研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2008，8（3）：37-38.