【干货】复膜铁在金属包装上的应用
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随着技术发展、消费观念与时尚的变化，在包装材料中金属、塑料、纸张和玻璃之间的竞争日趋激烈。而金属包装材料以其密封性好、承压强度高、阻隔性好等特点，一直在包装领域占领着很大的市场，尤其是对罐头类产品，金属包装一直是首选。如图1所示，金属包装产品主要分布在以下领域。
传统的金属包装罐一般都需要在内部涂层，而涂层使用的材料可能溶出，一旦溶出超标就可能对人体和环境都产生极大的伤害，且有可能在人体产生残留。20世纪90年代在美国和日本作为镀锡板替代材料的无锡镀层薄板（TFS）也存在上面的问题，难以持续发展。
1977年覆膜工业株式会社开发了无黏着剂、无溶剂覆膜铁，1994年东洋制罐开发了使用黏着剂的TUIC罐，两面贴PET膜，用于2片饮料罐。在这之后，大和制罐，北海制罐也相继开发了使用黏着剂的食品覆膜罐3片罐。2000年新日铁、东洋钢板也相继开发了覆膜铁。2006年JFE也开发了覆膜铁，从这时起，开始有了覆膜铁的数据。覆膜铁具有抗腐蚀、化学稳定性好、不易生锈，同时生产工艺简单，覆膜和铁罐均能一次完成，罐体生产设备简单，具有良好的生产工艺性。在生产中也能保证罐体的美观，且和传统的涂料比较安全卫生。在使用过程中，覆膜铁产品生产的易开盖使用简单，成本相对低廉，因此，覆膜铁技术是今后发展的一个方向。覆膜铁自20世纪90年代问世以来，一直备受关注，被誉为金属包装领域的一项革命性创新，其产品制造技术和应用开发在历经二十余年的持续发展后，在日本已构建了一套相对完整的生产和应用产业体系，其技术发展和产品应用的动态一直是业界关注的焦点。
覆膜铁是在冷轧薄钢板镀铬铁两面覆盖（粘合）上多层的聚酯复合薄膜，为一种兼有塑料薄膜和金属板材双重特点的金属功能材料。覆膜生产线如图2所示。
覆膜铁的基板多采用镀铬铁TFS作为基板，其有机膜复合牢度极高，主要是由于TFS板表面的水和氧化膜形成的氢键作用所制，如图3所示。
图3 TFS基板与有机膜结合示意图
与传统制罐材料涂料铁相比，覆膜铁具有以下特点：
（1） 具有良好的防锈、装饰、隔热、减震等功能。尤其耐冲压、耐腐性是涂料铁不能比拟的。由于覆膜铁所覆盖粘合上去的薄膜为多层的聚脂复合薄膜，它阻隔腐蚀介质渗透的能力接近于完全遏制 。对于西红柿酱罐、两片罐的包装来说，覆膜铁是理想的材料。而涂料铁在耐腐蚀性和附着力之间存在矛盾。
（2） 表面针孔少，致密性好，覆膜是可进行多种处理。例如二次冷轧板覆膜铁具有优良的力学性能、抗拉伸强度高。
（3） 生产效率高、能源消耗和材料成本低。覆膜铁表面为热塑性树脂薄膜，无需内涂外印。覆膜铁所采取的基板不必采取马口铁作底材，成本优势显而易见的。
（4） 有利于环保。涂料铁的内涂料多为环氧树脂为主，外涂料有底涂料、白涂料及光油之分，以丙烯酸和聚酯树脂为主。印铁油墨有传统油墨和UV油墨之分。上述涂料及油墨中含有固化剂、增塑剂、色调剂等配料，溶解在容积和稀释剂中是一大环境隐患，也是印铁厂急需解决的难题之一。而覆膜铁无大量溶剂废气排除，有利于环保。
作为覆膜铁应用的一个杰出代表，东洋制罐研制的TULC至今已完成第二代研制，其生产线的配置可反映出覆膜铁罐生产线的典型生产流程和工艺特征。如图4所示，其生产链主要由覆膜铁卷装样机、冲杯机、罐体成型拉伸机、热固化炉、修边光检机、印刷机、固化炉、缩颈翻边机、打检机、收缩包装机等组成。生产线最核心的部分在于罐体成型阶段，其最重要的设备为罐体成型拉伸机。
图4 TULC 生产线组成及加工原理
DI法是当前二片铝罐和铁罐的成熟加工生产工艺，在罐体成型过程中主要由罐体二次拉伸及罐壁薄壁化工艺过程组成。由于罐壁薄壁化过程中冲头的高速运行，罐壁与模具之间将经受强力挤压和摩擦，为了确保模具稳定的工作温度、减少运动摩擦，整个罐体拉伸成型过程中需用大量的油水混合液进行持续冷却。 比较而言， 第一代TULC 罐体成型采用张拉法， 其成型原理如图4所示，可见罐体成型过程由两个工艺段组成，第一段进行壁厚不变的张拉成型，在此基础上通过实施合适的压力和模口角设置，进行拉伸减薄变形，此成型法其壁厚变形减量最多只能达到。
图5和图6直观地对比了两种生产工艺的流程差异及覆膜铁TULC较其它罐用材料及制罐工艺在平均能耗、制罐过程中的水耗及CO2气体排放量方面的统计结果。
图5 DI 罐和TULC制造工艺流程比较图
图6 不同制罐材料及制罐工艺的能耗、排水方式及 CO2排放量比较
同样可得出，覆膜铁罐的生产过程及工艺简凑、节能、低碳、安全而环保。 因此，TULC是一种名副其实的绿色产品，在金属罐包装发展的潮流中，终将赢得自已独一无二的市场地位，可谓名副其实的“终极之罐”。
任何一种新技术、新产品在进入市场之初，总存在一个被市场和客户逐步了解、认可和接受的过程。食品、饮料的包装也是如此。最初，消费者多关注包装外形及罐内物品的可口与美味，而对于包装之于食品风味、安全的功能关注甚少。但随着能源危机、环境危机和食品安全问题的日益突出，作为与食品直接接触的包装得到了消费者前所未有的关注，同时，，制定了一系列的标准、法规。食品包装正朝着标准化和法规化的科学管理方向迈进。因此，覆膜铁及其制罐工艺的节材、节能、低碳、环保、安全的众多优势无疑为它迎来了引领金属包装浪潮的绝好机会。
目前，覆膜铁在冲压罐DRD、冲拔罐DI等两片罐、异形罐、易开盖和易撕盖等包装材料市场具有很好的应用前景，这也为食品罐头、各种饮料、油脂化工、日用化学、医药卫生等行业提供了个性化、时尚化消费观念的包装材料。世界最大的制罐集团印象控股集团在德国拥有一个年产14亿个鱼罐头的工厂，其70%采用覆膜铝空罐。皇冠集团在法国和意大利共有4个生产厂，主要生产精肉罐头（500万罐/a），也采用了覆膜铝。随着覆膜铁的技术发展，以追求利润最大化为目标的企业将倾向低成本的覆膜铁替代高成本的覆膜铝。在国外覆膜铁市场中，不宜留空的覆膜铁居多，覆膜铁制罐时可采用干式成型，无需过量的润滑剂，这样可避免由清洗润滑剂而产生大量废水而污染环境。因此，各式各样的冲压罐 DRD（还有冲拔罐 DI）便愈来愈流行。例如：采用聚乙烯对酞酸盐（PET）和聚丙烯（PP）覆层的覆膜铁可用于制作瓶盖、DRD罐和喷雾器的阀盖等；采用聚酯膜的覆膜铁具有优良的加工附着性和加工耐蚀性，适于制作加工变形量大和内装高腐蚀性物品的深冲罐和焊接罐，同时，聚酯膜覆膜对食品中香味的吸收率小，可以使罐内食品中各种成分保持微妙的平衡关系，使之长期处于良好状态。而三片罐由于制作复杂，在发达国家已渐渐减少，代之而采用冲压罐DRD和冲拔罐 DI，日本钢制两片罐的市场占有率已达60%。
近些年来，易撕盖在国外逐渐得到普及。这种盖实际是由厚度为0.07～0.13mm覆膜的二次冷轧薄钢板或二次冷轧铝薄板，通过机械和加热等技术，巧妙地封于空罐上，使用时一撕就开，某些类别的 EPE能经受高温杀菌。从欧美的情况来看，覆膜铝的技术比覆膜铁成熟。但是，钢易撕盖的成本只有铝易开盖的50%。因此，覆膜铁易撕盖是今后发展的一个方向。
我国用于食品包装的马口铁每年消耗约400万吨，覆膜铁技术一旦成熟，理论上可以完全取代现有马口铁。因此，覆膜铁在我国的发展潜力十分巨大。国内高温覆膜铁尚处于起步阶段，目前仅有少数几家企业在覆膜铁生产方面做出努力。在覆膜铁的关键材料生产方面，国内企业和日本企业相比还有些差距，但差距并不大。国内 TFS 生产厂家主要有宝钢、中山中粤、东海薄板、统一马口铁等，其中能生产两片罐的目前还只有宝钢一家。国内有多家薄膜生产企业可以提供合格的覆膜铁生产所需的薄膜，但仅限于三片罐、顶底盖等产品，可用于深冲两片罐的薄膜暂时还没有生产能力。
目前，覆膜铁在我国两片罐的应用还处于起步阶段。随着两片罐应用在全球迅速的扩张，极大地促进了我国两片罐的市场需求目前，国内两片罐（钢和铝）的年消费量约为100亿只左右。以每年10%的增长率来计算，5年后国内两片罐的需求将达到160亿只，净增加60亿只。国内钢制两片罐产量为12亿只左右，占有率仅为12%，产能不足和传统 Dl 罐生产过程的能耗问题、二次污染问题及其先天劣势（影响风味致使不能进入啤酒市场，易锈蚀）限制了其进一步发展。随着绿色环保的要求越来越严格和资源日渐紧缺，可回收和循环再生的金属包装材料愈加为人们所青睐。因此可以预见，以绿色环保的覆膜铁制作两片罐的国内市场前景非常广阔。随着覆膜铁生产线的建成，相信国内薄膜生产企业一定会加大覆膜铁薄膜的开发，用于深冲两片罐的薄膜迟早会开发成功。因此可以预见，以绿色环保的覆膜铁制作两片罐的国内市场前景非常广阔。
通过前述对覆膜铁原材料、覆膜铁及其罐的生产制造工艺特点可看出，金属食品包装行业应用的覆膜铁具有如下特点：
1 ）优异的耐腐蚀性能、防锈性能；
2 ）优异的口味保持功效；
3 ）不含双酚 A 、三聚氰胺等有害激素物质；
4）制造工艺及流程简凑、清洁、高效、低能耗、低碳、低挥发、无水耗；
5）无需清洗工艺、无清洗液等废液、废气排放；
6 ）高回收、绿色环保。
以上优异的性能使其成为绿色金属包装的技术引领者，尽管目前覆膜铁的技术及应用市场仍集中在日本和欧美等发达国家，但伴随着中国包装市场的爆炸性增长，中国金属包装市场近年也步入了快速发展的轨道，一批发展快速的企业投入了大量的资金和人力进行覆膜铁生产和制罐专有技术的研究。由于覆膜铁及其应用的研发是一涵盖金属材料、高分子材料、包装机械、制罐技术和食品加工等众多产业的产业链技术开发和整合，因此需投入大量资金、人力，开发周期较长。目前国内几大金属罐生产企业开展热贴合覆膜铁研究，也取得和很大的进展，预计在不久的将来，中国金属包装行业将拥有具自主知识产权的覆膜铁技术和产品，一场中国金属食品包装行业的“绿色革命”正悄然兴起。
约稿来源——包装推进会
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