金属包装容器的防锈蚀技术

世界上每年因金属包装的锈蚀而造成的损失是难以估量的，尤其是对于重要的军工战备物资的包装，在较为恶劣的战事环境下，金属包装的锈蚀常常造成物资的失效。金属的锈蚀历来都是人们注重研究的课题，所以，所年来金属包装材料的不断创新，和包装技术的不断提高，都极大地提高了金属包装容器的防锈蚀性能，但是，由于金属本身的特性，锈蚀从来就没有停止过。由此造成的经济损失也随着金属包装产量的增大而不断升高。

    对于金属包装生产业来说，针对金属包装的锈蚀，主要采取选择耐锈蚀的金属材料，并采用先进的科学技术进行涂镀，以防止其过早地锈蚀。然而，对于金属包装的防锈蚀原理和方法，远远不止于此。国内外的金属防锈蚀科学界对此也已做出了重大的贡献，为金属包装的发展奠定了基础。

    所以国外先进的金属包装业，对于金属包装的防锈蚀技术，都在不断地进行着研究，在金属包装的生产过程中，通过科学的技术和方法，减少金属包装的锈蚀，以有效提高金属包装容器的耐锈蚀性能。

金属包装制品的锈蚀主要是由电化学锈蚀造成的，电化学锈蚀主要由于金属包装材料表面的电化学不均匀性，当它和介质接触时，形成锈蚀电池。根据这个原理，我们即可研究防止金属包装锈蚀的有效的技术和方法。显然为了防止金属包装制品免遭锈蚀，最有效的防锈蚀包装技术就是要设法消除产生锈蚀电池的各种条件。

    防锈的方法很多，根据防锈时期的长短可分为“永久性”防锈和“暂时性”防锈。“永久性”防锈方法，如改变金属内部结构；金属表面合金化；金属表面覆层（电镀、喷镀、化学镀）；金属表面施非金属涂层（搪瓷、橡胶、塑料、油漆等涂层）……。这些方法都能较好地达到防锈的目的，但它们是“永久性”的，在使用中防锈层不能去除，因而这些方法在金属包装产品中可以普遍采用；但由于技术和方法的原因，这些永久的防锈蚀在很多特殊情况下并不永久。而一般的“暂时性”防锈并不意味防锈期短，而是指金属产品经运输、储存、销售等流通环节到消费者手中使用这个过程的“暂时性”，以及防锈层的“暂时性”。“暂时性”防锈材料的防锈期可达几个月、几年甚至十几年。实践证明，只有将“永久性”防锈和“暂时性”防锈进行有机的结合，才能达到最为理想的防锈蚀效果。

    “永久性”防锈是目前金属包装业采用最广泛的方法，而 “暂时性”防锈蚀常常被忽视。所以在这里我们重点介绍在国内外金属包装业普遍采用的“暂时性”防锈方法，这些方法在采用非涂层金属包装材料生产包装容器时最为实用，而且在近年来应用越来越广泛。“暂时性”防锈包装的工艺过程有三个方面的内容：即防锈包装的预处理技术（包括清洗、除锈、干燥等）、各种防锈材料的防锈处理技术以及防锈包装后处理技术。

一、金属包装容器的预处理技术

    由于种种原因，生产的金属容器表面上常生成和附着各种物质，如油脂、锈蚀产物以及各种灰尘等。这些都是产生电化学锈蚀的因素，所以对金属制品进行防锈包装时，必须对它们进行清洗、除锈、干燥等预处理。

1、金属容器的清洗

    金属容器常用的清洗方法主要碱液法、表面活性剂法和有机溶剂法等。

（1）碱液法

    碱的水溶液可以洗去金属表面上的油污，这是常用的清洗方法之一。可以用于金属清洗的碱类有氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、焦磷酸钠以及六偏磷酸钠、水玻璃等。

    对不起皂化反应的矿物油如用苛性碱清洗效果不好，多采用硅酸钠、磷酸钠及碳酸钠等弱碱为主要成分配合以表面活性剂的碱洗净液。

碱液法清洗，对所用碱的种类，一般要根据金属材料和所附着的油脂种类进行选定。

    碱液法清洗的主要优点是洗油效果好，即使油污较重的制品也能洗净，非油脂类污物也能同时洗掉，碱液还可反复使用，比较经济。缺点是如果控制不好可能引起金属制品的锈蚀或变色。

（2）表面活性剂法

    表面活性剂是指在分子结构上具有亲水基与憎水基两个部分的一类有机物质，这种特殊结构，使它们在水溶液中具有特殊的分散性--较集中定向地吸着在溶液的表面或界面（如油与水的界面）上，并能降低表面张力与界面张力。因此，它们具有润湿、渗透与乳化、洗净等作用。表面活性剂的品种很多，如肥皂等脂肪酸盐类、合成洗涤剂烷基磺酸钠等磺酸盐类、烷基三甲基氯化胺、6501清洗剂、平平加清洗剂、ＴＸ-10清洗剂、6503清洗剂、105（Ｒ-5）清洗剂、664清洗剂等。

    表面活性剂法清洗的特点是操作安全，洗油效果好，同时也能洗净非油脂性污物，并且对金属无明显锈蚀作用，因而更适用于金属包装制品。

（3）有机溶剂法

    有机溶剂法是应用对油污有较强溶解能力的有机溶剂洗净金属包装表面的方法。常用的石油系列溶剂，如汽油（主要是200＃工业汽油或160＃、120＃汽油）、煤油等，其次是氯化烃类溶剂，如三氯乙烯、四氯乙烯等。

    溶剂法清洗的优点是效果好，少量金属包装清洗时不需加热，用浸泡或擦洗即可洗净，并且对金属无锈蚀性。但清洗大批金属包装容器要有必要的设备（如清洗机等）。缺点是石油系列溶剂容易燃烧起火，同时由于在金属容器表面挥发时吸收大量热量可能使金属温度明显下降，在高湿环境中洗过和容器表面会出现结露现象，从而引起生锈。

（4）其他清洗液

    络合物清洗液。用上面三种方法都难以清除的污物可以采用络合物清洗液。常用氨羧络合剂：乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸二钠盐。它们都可以与污物生成可溶性螯合物，而使污物脱离金属容器表面。

    人汗清洗液。人汗沾污可用热甲醇或人汗置换型防锈剂清洗。

    还有超声净化、蒸汽净化、电解净化等，这些都是比较先进的净化方法。

    清洗是整个防锈包装的基础工序，清洗一定要彻底，必要时可以用两或多种清洗液联合清洗。

2、金属容器的除锈

    在实际防锈包装中常将除锈工序与清洗油污工作合并进行，即在清洗液中加入除锈剂。金属容器的除锈方法可分为物理机械除锈法和化学除锈法两类。

（1）物理机械除锈法

ａ.人工除锈法：用钢刷、铁锉、铲（刮刀）、纱布、砂纸等除锈。此法简单，但不适于小型及大量产品除锈。

ｂ.机械除锈法：有喷射法和砂轮、布轮除锈法。

    喷射法是用强力将砂粒喷射在金属表面，借其冲击与摩擦的作用将锈除掉的方法。喷射法按喷射材料，可分为喷砂法（用海砂、河砂、石粒为喷射材料）、钢粒喷射法（用小钢弹或碎钢粒为喷射材料），软粒子喷射法（以植物种子或塑料颗粒为喷射材料）。按喷射方式厅分为动力喷射法（将干燥的喷射材料用高压空气喷射的方法）、湿式喷射法（将细砂粒与水混合成泥浆状用高压空气喷射的方法）以及真空喷射法等。

    喷射法适用于大型金属容器的除锈，需要喷射机械。用湿法时还需在水中加入水溶性缓蚀剂。其优点是除锈效率高，成本低。

砂轮除锈法只能对非加工面使用。布轮除锈法是对表面镀层或表面光洁度在要求较高的铜铁或有色金属等表面平整的制品。

（2）化学除锈法

    化学除锈法包括酸洗和碱洗除锈（碱液电解、碱还原、碱液煮沸等法）等，其中应用最广泛的是酸洗法。

    酸洗法是将金属制品浸渍在各种酸的溶液中，酸与金属锈蚀产物发生化学作用，使不溶性锈蚀产物变为可溶性物质，脱离金属表面溶入水溶液中的方法。

    酸洗所用的酸类主要有硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸等。其中盐酸溶液除锈包是产物的能力最强；硫酸生成氢气的机械作用大，价格便宜，广泛用于钢铁的除锈。硝酸和氢氟酸可用于铝制品等有色金属的除锈。磷酸与盐酸硫酸相比，除锈能力较差，但锈蚀性弱，能与铜铁表面反应生成磷酸铁盐的不溶性薄膜，洗后在空气中有暂时性防锈作用。

    酸洗法与物理机械法比较，主要优点是不引起金属材料变形，处理的表面不粗糙，操作简单，效率高，金属容器各个角落的锈都可以除去，适用于大量小型容器的除锈，而且不需专用设备，成本较低。因而是常用的化学除锈法，但是对金属容器有锈蚀作用，容易发生“氢脆”并影响表面光洁度。近年发展了碱洗除锈，碱洗除锈是在含有苛性碱、羧基乙酸、络合剂及起泡剂等溶液中进行的。碱洗法不锈蚀基体金属，不发生“氢脆”，金属表面光洁，适用于钢铁及铜镁等有色金属。

3、干燥

    金属容器表面清洗后常附着水分或溶剂，应尽快除去，以免再生锈，然后才能涂防锈剂。

    常用的干燥方法有加热法、油浴脱水法、压缩空气干燥法、用含表面活性剂的汽油排水法、红外线干燥等。不论用什么样的干燥方法都要等金属容器表面冷到一定温度时才涂防锈剂，否则会引起防锈剂分解。

    金属容器表面处理工序是防锈的基础，只有金属容器表面处理得十分干净并完全干燥时，才能充分发挥防锈的作用，否则即使采用性能十分优良的防锈材料涂覆也不可能得到满意的防锈效果。

二、防锈油的防锈处理技术

    如果使金属容器表面与引起大气锈蚀的各种因素隔绝（即将金属表面保护起来），就可以达到防止金属大气锈蚀的目的，防锈油包装技术就是根据这一原理防止锈蚀的。

    防锈油是以油脂或树脂类物质为主体，加入油溶性缓蚀剂和其他添加剂成分所组成的暂时性防锈涂料。防锈油中的油脂或树脂类物质作为成膜物质涂布于金属容器表面后，对锈蚀因素具有一定的隔离作用。但一般油脂类能溶解少量空气中的氧，并且还能溶解少量水分，单纯使用油脂不能获得满意的防锈效果，因此必须添加缓蚀剂，这类物质对防锈油的防锈效果具有很大影响。

1、防锈油的作用原理

（1）在金属容器表面上的吸附作用

    由于表面活性物质，在分子结构上具有共同特点——具有亲水的极性基和亲油的非极性基两个组成部分，当防锈油涂布于金属容器表面时，油中分散的缓蚀剂分子就会在金属与油的界面上定向吸附（极性基与金属吸附，非极性基与油吸附），并且能够形成多分子层的界面膜。试验表明，如果只能形成1～2个分子层的膜，防锈能力很差，这种吸附层为6个分子层以上时，就有很好的防蚀能力。

    这种吸附作用一是对锈蚀因素具有屏蔽作用。二是可以提高油膜与金属表面的附着力。由于吸附膜的表面是憎水性的，因而具有更好的防水性，同时可以增加金属容器表面的电阻。

    许多研究证明，缓蚀剂在金属容器表面的化学吸附（形成配价键），降低了金属活性，这是防锈作用的主要原因之一。

（2）能降低落在油膜上有水滴与油层的界面张力。

    如果在油膜表面有水滴形成（如结露等），水滴与油界面张力的作用，使水滴成球形，借重力作用使其较易渗入油膜到达金属表面。缓蚀剂这类表面活性物质可使水的表面张力降低，使水滴不能呈球形状态存在于油膜上，而趋向于平摊开来。这样就降低了水滴对油膜的压强，使其不易穿透油膜到达金属容器的表面。水滴在油膜表面摊得越平，油的防锈效果一般也越好。因此测定水滴在油膜上的接触角是鉴定防锈油防锈效果最常用的方法。

    油面上水滴的接触角与界面张力的关系如下式：
　　     Ｓｏ－Ｓｕｏ＝Ｓｕｃｏｓθ

　　ｃｏｓθ＝（Ｓｏ－Ｓｕｏ）/Ｓｕ

　　式中：Ｓｏ——油的表面张力

　　　　　Ｓｕ——水的表面张力

　　　　　Ｓｕｏ——油、水的界面张力

（3）对水的置换作用

    具有表面活性的缓蚀剂，借助其界面吸附作用可将金属表面上吸附的水置换出来。此外油中所含的水分，可被缓蚀剂的胶粒或界面膜稳定在油中，使其不能与金属直接接触。

    上述几种作用都对金属表面上锈蚀电池的形成起了抑制作用，从而达到了防止金属容器锈蚀的目的。

2、防锈油的种类

    防锈油的种类很多，适用于金属包装容器的防锈油主要有防锈脂、溶剂稀释型防锈油以及薄层油、仪表防锈油等。

（1）防锈脂

    防锈脂是以凡士林为基础的在常温下为脂状的一类防锈油，它是由成膜物质（或基础油）和缓蚀剂组成。

    成膜物质（或基础油）：主要有凡士林和润滑油。凡士林一般采用的是工业凡士林，其化学组成是石蜡15%，石油脂45%，汽缸油25%，机械油15%。对防锈油用凡士林要求无锈蚀性，不含水分，有一定程度的抗水性，滴点温度为45℃。防锈油中常用的润滑油有机械油、锭子油和汽缸油等。其化学组成主要是烷烃、环烷烃和芳香烃，以及少量氧化物与硫化物。

    缓蚀剂：防锈脂中常用的油溶性缓蚀剂主要有石油磺酸盐，硬脂酸铝、环烷酸锌、氧化石油脂、羊毛脂及其衍生物等，对有色金属防锈常加入苯骈三氮唑等。防锈脂中所用缓蚀剂的种类能够影响防锈脂的性能。例如加入硬脂酸铝的防锈脂具有良好的抗盐水性能，但对金属的附着能力较弱；添加石油磺酸钡的防锈脂抗盐水性更好，可用于海洋大气中的防锈；添加羊毛脂及其皂类的防锈脂对金属的附着力较强，并对水有一定的乳化能力，防锈力强；环烷酸　锌防锈脂对金属附着力强，并有一定的抗盐水能力，但对铸铁的防锈能力差；加入氧化石油脂及其皂类的防锈脂性能优于脂肪酸皂类，但其抗盐水性差；添加司本－80－类合成脂类的防锈脂热稳定性差，且对铜有锈蚀性。而苯骈三氮唑则对铜及其合金有优良的防锈作用，在实践中为了取得满意的效果，常采用几种缓蚀剂联合使用的配方。

    防锈脂在常温下处于软膏状，所以膜层一般较厚（可达0.5ｍｍ），不易流失，不易挥发，进行密封包装后，一般防锈期较长，可达两年以上。

    防锈脂的涂覆方法主要是热浸法即在涂覆前将防锈脂加热熔化至流动状态，将经清洗、除锈、干燥的金属容器浸入片刻，取出后冷却使油膜凝固。热浸涂时，同种油类因浸涂温度不同，金属容器表面所形成油膜厚度也不同。温度越低，油膜厚度越大，其防油能力也越强。大型制件可采用热刷涂法，即将加热熔化的防锈脂用软毛刷刷涂在金属制品的表面，金属容器涂油后，要及时用石蜡纸或塑料袋封套，以防油层干涸失效和污染包装。

（2）溶剂稀释型防锈油

    溶剂稀释型防锈油是在以矿物油脂或树脂为成膜剂的防锈油中加入溶剂所组成，此外也还加其他添加剂，如防氧剂、稳定剂等。这类防锈油按溶剂的种类可分为石油系列溶剂、有机溶剂和水稀释三种类型，其中有机溶剂具有毒性，所以应用较少。按油膜的性质这类防锈油又可分为硬膜油和软膜油。

    硬膜油--用作硬膜油的树脂首先应在汽油、煤油中有较大的溶解度，其次是对各种金属不锈蚀。目前选用的树脂有叔丁基酚甲醛树脂（即2402）、长油度醇酸树脂、三聚氰胺甲醛树脂、萜烯树经、石油树脂及烷基酸树脂等。其中2402树脂及烷基酸树脂较好。常用的硬膜油有硬-1、硬-3、1、2，74Ａ-2。硬-1和-3都是以2402树脂为成膜物质，但硬1中2402的用量较大，所以油膜韧性差，不宜用于边棱锐利的金属包装制品，同时在长期封存包装中可能粉化，而硬-3中2402含量较少，又增添了389-9醇酸树脂使油膜的韧性提高了。但硬-3对有色金属如铜合金的适应性不如硬-1。为了便于识别，在硬-3中又中有少量3902油溶红颜料。74Ａ-2是以烷基酸氨基树脂与氧化石油膜钡皂为成膜材料的硬烷油，它适用于多种金属（包括镁合金），稳定性好，附着力强。硬膜防锈油有成膜保护性好，膜表面光滑不粘，夏季不流冬季不裂，而且施工方便，价格便宜，但其硬膜不易除掉。成膜的自然干燥时间大约为1ｈ。

    软膜油--常用的软膜油有204-1、沪石-201、Ｆ-35、112-5、704、3号防锈油、33-612及软-1等。204-1油是以磺化羊毛脂钙皂为成膜剂同时又是缓蚀剂。沪石-201、Ｆ-35是以凡士林为成膜剂。112-5、704、3号防蚀油、33-6及软-1都是以氧化石油脂钡皂（Ｔ743钡皂）为成膜剂，同时又是缓蚀剂的防蚀油。溶剂型软膜油的主要特点是金属容器表面能成膜，因此流失少但也不易除去，防锈期较短。

由于防锈油作为防锈封存涂层有许多不足，如施工时污染环境，影响金属制品外观，且在使用时要除膜等。所以封存用防锈涂层已逐渐被薄膜和超薄膜取代。

    薄膜防锈涂层能形成一种完整的薄膜，厚度在1～2μｍ以下，薄膜与金属容器表面具有较强的附着力，膜具有很好的防锈性，不影响润滑剂的性能，在装配和使用时，不用除锈。目前薄膜和超薄膜防锈涂料主要有聚氟乙烯和聚氟乙烯型，其他合成树脂型、有机硅酮氨和有机硅树脂类型三大类。

    溶剂稀释型防锈油中的软膜油，主要适用于金属容器制品的封存，可采用喷涂法或浸涂法（溶剂用量可少些）；然后用塑料袋密封包装。硬膜油主要涂覆方法是用压缩空气喷涂，但这种喷涂方法会有局部喷涂不到的现象，局部没有防锈涂层的金属容器表面在空气中会继续锈蚀，甚至锈蚀得更快。

（3）薄层油

    这是以树脂等为成膜材料的防锈油，其特点是防锈期长，油膜薄而透明，用量省外观好。薄层油分溶剂型和无溶剂型。

薄层油通常采用浸涂或喷涂法。

来自: 中国金包网