基于文獻(xiàn)分析的陶瓷包裝安全性探究

季子涵，阮俊斌

(1.澳大利亞阿德萊德大學(xué)，阿德萊德5005； 2.上海大學(xué)悉尼工商學(xué)院，上海201800； 3.上海市科技翻譯學(xué)會(huì)，上海200081)

1 研究背景

如何儲(chǔ)存食物是所有人都會(huì)遇到的一個(gè)問(wèn)題。自中國(guó)古代開始，陶瓷容器是儲(chǔ)存食物的一種有效方式。早在8000年前的裴李崗文化、磁山文化時(shí)代，先民就已懂得“深挖坑、廣積糧”。包山楚墓中公元前316年埋下的12個(gè)完全密封的陶罐則是人類歷史上第一種“罐頭”。

在包裝工藝上，陶罐采用了紗布、草餅、竹葉、稀泥等多層密封包裝技術(shù)，個(gè)別陶罐還加套一個(gè)帶提手的編花竹簍，以便攜帶和運(yùn)輸，這種陶罐可以保證食品長(zhǎng)期不會(huì)變質(zhì)[1]，如圖1所示。

圖1 陶瓷包裝3D物模型解析Fig.1 3D model analysis of ceramic packaging

現(xiàn)代生活中，中國(guó)人依舊習(xí)慣用瓷器來(lái)保存酒類、醬類和傳統(tǒng)風(fēng)味食品。和塑料等包裝材料制成的容器相比，陶瓷或搪瓷容器更能保持食品的風(fēng)味。例如，用陶瓷容器包裝的腐乳比塑料容器包裝的腐乳風(fēng)味更佳，因?yàn)樘沾扇萜骶哂辛己玫臍饷苄?，而且陶瓷分子間的排列并不十分嚴(yán)密，不能完全阻隔空氣，有利于腐乳的后期發(fā)酵。此外，酒類飲料也常用陶瓷或搪瓷包裝，即使放置很長(zhǎng)時(shí)間也不會(huì)變質(zhì)，而且存放時(shí)間越久越醇香。陶瓷不僅有良好的儲(chǔ)存功能，還易于洗滌且彩繪裝飾豐富多彩。正因?yàn)樘沾蓳碛胸S富多彩的彩繪裝飾，所以在使用過(guò)程中更應(yīng)注意彩釉中有毒物質(zhì)的遷移。日用陶瓷產(chǎn)品還可能影響到人體健康的各項(xiàng)指標(biāo)，主要是鉛、鎘等重金屬元素的溶出量。通常來(lái)說(shuō)，陶瓷、搪瓷包裝容器是無(wú)毒、衛(wèi)生、安全的，不會(huì)與包裝食品發(fā)生任何不良反應(yīng)。但實(shí)踐證明，釉料，特別是各種彩釉中所含的有毒重金屬，如鉛、鋅、銻、鋇、鈦、銅、鉻、鈷等多種金屬氧化物及其鹽類易溶到食品中，這會(huì)造成食品安全問(wèn)題[2]。

本研究根據(jù)權(quán)威文獻(xiàn)記載的內(nèi)容對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。中華人民共和國(guó)商務(wù)部發(fā)表的《出口日用陶瓷技術(shù)指南》一書中提出，日用陶瓷的制造過(guò)程中，彩釉和裝飾圖案可能存在鉛、鎘等元素[3]。國(guó)際時(shí)評(píng)包裝協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)董金獅曾提出，大多合格的真瓷材料都是無(wú)害的，而對(duì)人體產(chǎn)生危害的往往都是不合格的仿瓷器具或不合格的彩釉[4]。在日用陶瓷制造過(guò)程中可能會(huì)存在鉛、鎘等重金屬元素，長(zhǎng)期使用含上述兩種元素的食物會(huì)破壞人體的免疫系統(tǒng)?！妒称钒b安全360問(wèn)》中對(duì)仿瓷餐具專業(yè)名稱和劣質(zhì)仿瓷餐具在何種情況下會(huì)出現(xiàn)對(duì)人體有害物質(zhì)進(jìn)行了分析。陶瓷的彩繪中含有鉛、汞等重金屬元素，容易引起肝臟或其他內(nèi)臟中毒。要解決此問(wèn)題，可以先將新買的陶瓷餐具放在醋里浸泡2～3 h，以溶解彩釉中的有害物質(zhì)。

姚斌、李霞鎮(zhèn)分析了我國(guó)食品接觸用陶瓷制品的產(chǎn)品性能和安全隱患，并結(jié)合目前存在的問(wèn)題對(duì)我國(guó)食品接觸用陶瓷制品行業(yè)的發(fā)展提出了建議[5]。崔豆豆分析了仿瓷餐具的材質(zhì)特點(diǎn)，提出了挑選仿瓷餐具的指南[6]。華凌提出用仿瓷餐具盛較高溫(如熱湯)或酸性較強(qiáng)的食物會(huì)導(dǎo)致其所含的三聚氰胺污染食物，可能引發(fā)腎結(jié)石。盧先勇研究了各種浸提液、浸提溫度和浸提時(shí)間對(duì)仿瓷餐具甲醛遷移量的影響[7]。

本研究通過(guò)分析陶瓷制品的制造元素，解析用陶瓷儲(chǔ)存或盛放食物在日常生活中是否會(huì)對(duì)人體造成影響，試圖通過(guò)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)表明真瓷器具包裝對(duì)人體的安全性是有保障的。而少部分仿瓷器具會(huì)在儲(chǔ)存或放置食品的過(guò)程中析出重金屬元素，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不利影響，并基于此提出有效的解決方式。

2 陶瓷包裝有害性分析

2.1 陶瓷與有害元素

基于董金獅在《食品包裝安全360問(wèn)》中對(duì)仿瓷餐具的科普和研究得出，要學(xué)會(huì)區(qū)分劣質(zhì)的仿瓷器具和真瓷器具。通常情況下，真瓷器具的表面色澤明顯比仿瓷光澤，且表面瓷器的花紋清晰，產(chǎn)品之間色調(diào)基本一致，一般不會(huì)出現(xiàn)色差較大的現(xiàn)象。若用硬物敲擊真瓷器具，其聲音越脆，說(shuō)明瓷化的程度越高。鑒定者可使用左手拇指、食指和中指夾瓷器一角，輕松垂下，用右手食指輕擊瓷器中下部，如聲音清亮、悅耳，則可以判斷其為上品，如聲音沉悶、滯濁，則為下品。相比之下，仿瓷器具，即密胺器具，是由三聚氰胺樹脂(又名密胺樹脂)生產(chǎn)的，此類瓷器不可用于微波爐加熱，原因在于劣質(zhì)仿瓷在80℃以下的溫度中極易析出甲醛等有害致癌物質(zhì)。區(qū)分陶瓷器具和仿瓷器具最基本的兩個(gè)方法是持續(xù)用沸水煮和持續(xù)用醋浸泡，若是真瓷器具，則不會(huì)產(chǎn)生太大的反應(yīng)，而劣質(zhì)的仿瓷器具可能在高溫下出現(xiàn)表面起皺的現(xiàn)象，還會(huì)產(chǎn)生刺鼻性氣味，在醋的長(zhǎng)期浸泡中還會(huì)出現(xiàn)掉色現(xiàn)象。對(duì)于真瓷瓷器來(lái)說(shuō)，劣質(zhì)彩瓷容易褪色，并產(chǎn)生刺鼻性氣味。

刺鼻性氣味是鑒別瓷器好壞真假的主要標(biāo)準(zhǔn)。瓷器鑒別鉛中毒分級(jí)分析如表1所示。

表1 瓷器鑒別鉛中毒分級(jí)分析表Tab.1 Classification analysis of lead poisoning in porcelain identification

根據(jù)鉛中毒分級(jí)分析表得出如下結(jié)論：這種刺鼻性氣味主要是由于鉛、鎘等重金屬的溶出量超標(biāo)而造成的。在彩瓷制造過(guò)程中，彩釉和裝飾圖案內(nèi)很可能會(huì)存在鉛、鎘等重金屬元素，若用于盛放或儲(chǔ)存食物，特別是酸性食物，則很容易造成鉛、鎘等重金屬元素進(jìn)入人體血液。在人體中，這兩種元素極易進(jìn)入血液且不易排出體外，長(zhǎng)期攝入，會(huì)對(duì)人體的免疫力造成影響，導(dǎo)致多種疾病的產(chǎn)生。

2.2 真瓷器具的溫差

真瓷器具大致分為兩類，即彩繪瓷和單色釉瓷，而彩繪瓷又可分為釉下彩和釉上彩。以釉下彩為最好，因?yàn)橛韵率墙?jīng)過(guò)多次1 380℃的高溫?zé)瞥傻模杂韵虏实拇善髟诟邷丶訜嵯聸]有鉛、鎘等重金屬元素溢出。而釉上彩是在已燒成的白釉或澀胎瓷器上用色料繪飾各種紋飾，再于700℃～900℃的低溫窯爐中進(jìn)行二次燒造，并經(jīng)過(guò)低溫固化彩料而成，其彩料應(yīng)用廣泛，釉色鮮艷，品種豐富，藝術(shù)性較強(qiáng)。將彩繪施于釉上，易磨損，易受酸堿等腐蝕，若該釉接觸高溫或酸性液體，會(huì)析出鉛、汞等對(duì)人體有害的物質(zhì)元素。對(duì)于釉上彩來(lái)說(shuō)，顏色越鮮艷、越華麗，含鉛量就越高。大多重金屬顏料的熔點(diǎn)都在1 000℃以下，而釉下彩和釉中彩的燒制溫度都在1 300℃以上，所以在高溫下用釉下彩或釉中彩來(lái)蒸煮食物都是相對(duì)安全的[3]。對(duì)于單色釉瓷來(lái)說(shuō)，它分為素瓷(青瓷、黑瓷、白瓷、青白瓷)和色釉瓷。色釉瓷是指帶有顏色的一道釉瓷器，是在密閉狀態(tài)下燒制而成的。由于氧化鐵、氧化銅的含量不同和燒制溫度不同，會(huì)呈現(xiàn)出不同顏色的釉色。相比陶瓷的耐高溫性，陶瓷的耐低溫性不被重視，導(dǎo)致有效數(shù)據(jù)不完整，如圖2所示。

圖2 不同學(xué)術(shù)網(wǎng)站對(duì)于陶瓷耐高溫性與耐低溫性的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Fig.2 Statistics of high temperature resistance and low temperature resistance of ceramics on different academic websites

在火箭技術(shù)上也有應(yīng)用到陶瓷碳化硅材料(SiC)，主要應(yīng)用其耐高溫和耐磨性能。在火箭穿越大氣層，經(jīng)過(guò)對(duì)流層頂部時(shí)，當(dāng)時(shí)的溫度可達(dá)到-50℃～60℃，在經(jīng)過(guò)中間層時(shí)更是有極大的溫差，不過(guò)途經(jīng)時(shí)間都不長(zhǎng)，這足以說(shuō)明陶瓷碳化硅及其制品在耐高溫和耐低溫方面的優(yōu)異性能。在低溫環(huán)境下，并不會(huì)對(duì)瓷器造成太大影響。在高溫環(huán)境下，彩繪瓷的釉上彩會(huì)因高溫而析出一些重金屬元素，會(huì)導(dǎo)致慢性中毒，破壞人體的中樞系統(tǒng)神經(jīng)，進(jìn)而引起腦損傷和肝損傷。彩釉中的重金屬元素會(huì)導(dǎo)致幼兒的智力發(fā)育異常和行為異常。

2.3 3D打印陶瓷與有害元素

目前，使用樹脂、金屬等材料的3D打印機(jī)可以輕松實(shí)現(xiàn)多品種和少量零件的試制和制造，正在逐步得到普及。但3D 打印技術(shù)中的陶瓷打印技術(shù)相比于塑料、金屬等工業(yè)材料很少被人提及。盡管陶瓷材料的3D打印技術(shù)發(fā)展面臨重重困難，但也可以從媒體中慢慢見到這種技術(shù)的身影。大多數(shù)情況下，黏土和陶瓷3D打印機(jī)往往在建筑和工業(yè)中被大規(guī)模應(yīng)用，但依然有很多愛好者或工作坊致力于日用瓷器的3D打印創(chuàng)作。迄今為止，使用陶瓷材料的3D打印技術(shù)精度一直被人詬病，因?yàn)槭褂玫奶沾刹牧现卸嗪薪?jīng)紫外線硬化后的樹脂，在成形后的燒制工序中會(huì)發(fā)生20%的收縮，難以用于高精度的零件制作。甚至很多人認(rèn)為，3D打印機(jī)制作的不是陶瓷，而是泥漿，因?yàn)?D打印無(wú)法做到微米級(jí)別的顆粒堆疊，而且重力堆疊的密度很低，在燒成過(guò)程中很容易變形，開裂概率極大。此外，3D打印陶瓷的材料少而貴，性價(jià)比過(guò)低。目前，關(guān)于陶瓷的3D打印技術(shù)還不太成熟，大多3D打印陶瓷所用的基礎(chǔ)材料主要是塑料、樹脂、石膏等，而在此基礎(chǔ)上又分成了5種陶瓷粉末：

①氧化鋁粉末。制成的氧化鋁陶瓷有較好的傳導(dǎo)性、機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫性。②氧化鋯粉末。該陶瓷具有熔點(diǎn)高、沸點(diǎn)高、硬度大等特點(diǎn)，常溫下為絕緣體，在高溫下還具有導(dǎo)電性等優(yōu)良性質(zhì)，可作為感應(yīng)加熱管、發(fā)熱元件、氧傳感器、高溫發(fā)熱體和熱障涂層。③氧化硅粉末。該陶瓷具有高抗彎強(qiáng)度、優(yōu)良的抗氧化性、良好的耐腐蝕性、高抗磨損以及低摩擦系數(shù)，還有高強(qiáng)度、高抗蠕變，是已知陶瓷材料中最佳的。④氮化鋁粉末。該陶瓷的金屬化性能較好，可替代有毒性的氧化鈹瓷被應(yīng)用于電子工業(yè)中。⑤氮化硅粉末。該陶瓷具有重量輕和剛度大的特點(diǎn)，是一種理想的高溫結(jié)構(gòu)材料，可用來(lái)制造滾珠軸承、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電熱塞等[8]。

現(xiàn)在大多3D打印出的餐具或炊具使用的都是復(fù)合硅酸鋁陶瓷粉末，陶瓷制品不透水、耐熱(可達(dá)600℃)、可回收、無(wú)毒，但其強(qiáng)度不高。硅酸鋁作為容器材料基本不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。但在3D打印餐具方面，3D打印技術(shù)還存在性價(jià)比過(guò)低的問(wèn)題，導(dǎo)致該技術(shù)還不能完全代替我國(guó)的現(xiàn)代陶瓷技術(shù)。

3 結(jié)論與啟示

通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行分析和理解發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在合格的陶瓷產(chǎn)品大多不會(huì)對(duì)人體造成傷害，否則會(huì)產(chǎn)生各類重金屬元素對(duì)人體的中樞神經(jīng)和生理上造成雙重傷害，尤其對(duì)于未成年人來(lái)說(shuō)，會(huì)極大影響他們的身體和精神發(fā)育。通過(guò)分析3D打印技術(shù)對(duì)于陶瓷制造的影響，說(shuō)明用3D打印技術(shù)制造陶瓷器具由于技術(shù)原因和性價(jià)比過(guò)低的原因尚不適合普遍用應(yīng)。

隨著當(dāng)代人對(duì)健康概念重視程度的增加，從陶瓷制品的安全性角度考量，更需要在安全瓷器使用方面進(jìn)一步進(jìn)行研究和探索，以消除人們對(duì)陶瓷的疑慮。由于本研究主要是通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)等學(xué)術(shù)文案進(jìn)行分析來(lái)獲取信息，還缺少一些實(shí)踐性的數(shù)據(jù)來(lái)支持所獲得到的結(jié)論。