某馬口鐵空罐內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械性能好，阻隔性能優異，制造工藝成熟，生產效率高，裝潢精美和可回收利用等優點，是目前市場上食品和飲料常見的包裝形式之一。馬口鐵罐內壁的涂層質量對所裝內容物在貨架壽命期內的食品安全有重要影響。常規顯微鏡和更高級的掃描電子顯微鏡是進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壁線狀異常的微觀分析，分析查找了產生問題的原因和生產環節，為金屬包裝產品進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械性能好，阻隔性能優異，制造工藝成熟，生產效率高，裝潢精美和可回收利用等優點，是目前市場上食品和飲料常見的包裝形式之一，深受包裝行業和廣大消費者喜愛[1,2]。馬口鐵三片罐內壁的涂層是保護內容物在貨架壽命期內食品安全的有效屏障，當內壁涂層出現漏涂、雜質點或劃傷等缺陷時，會導致罐體缺陷部位容易發生腐蝕，影響所包裝內容物的感官和口味，嚴重時會導致罐體腐蝕穿孔泄露等，產生質量安全事故。

目前，馬口鐵三片罐的檢測多采用傳統的檢測方法，有些方法雖然簡便實用，但有時已不能很好地分析和解決所出現的問題[3]。常規顯微鏡和更高級的掃描電子顯微鏡是進行材料的微觀形貌、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域均有廣泛的應用[4]。本文采用常規顯微鏡和掃描電子顯微鏡對某食品包裝用馬口鐵空罐內壁線狀異常進行微觀分析，分析查找罐體問題產生的原因和生產環節，為金屬包裝產品進行微觀分析測試提供分析思路和案例。

1 實驗方法

實驗材料為馬口鐵空罐樣品，內壁有線狀痕跡，從罐口延伸至罐底，將空罐剪開，取含有線狀異常的局部區域，如圖1所示。測試前對樣品進行剪切等處理，使其能夠在顯微鏡下進行觀察測試。實驗儀器主要有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，系統地對馬口鐵空罐樣品進行微觀形貌觀測和成分分析測試。

圖1 某馬口鐵罐內壁含線狀痕跡樣品

2 實驗結果

2.1 顯微鏡觀測結果

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域與周邊區域的差異，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，馬口鐵罐內壁涂膜表面有相對規則的灰色線條，該線條從罐口延伸至罐底。為了進一步對該線條進行檢測，采用金相顯微鏡對該灰色線條進行觀測，檢測結果發現線條區域樣品表面未見明顯劃痕，也未見到劃傷或裂開。經過增加觀測倍數后發現，灰線呈現樹枝狀不規則形狀分布，與此區域的偏光照片對比可知，樹枝狀物質顏色與周圍涂膜有明顯差異，這應該是由于不同的成分結構造成的差異。

2.2 掃描電鏡觀測結果

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。為了確認馬口鐵罐內壁線狀區域的元素成分和形成原因，特對線狀區域進行掃描電鏡測試，線狀區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。為了進一步確認白色痕跡的成分，特分

別對白色痕跡區域和周圍區域進行能譜成分分析，分別取上圖7中的白色區域上的A點及其周圍區域的B點進行表面微區成分分析，測試結果分別如圖8、圖9和表1所示。

圖6 線狀區域形貌100×

圖7 線狀區域形貌200×

圖8 A點能譜分析成分圖

圖9 B點能譜分析成分圖

表1 A和B兩點能譜成分表

從A點和B點的能譜成分分析可知，白色區域A點含有大量的Ti元素，而周圍正常區域B點未見Ti元素，只有漆膜的元素成分。結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 線狀痕跡產生原因分析

取線狀痕跡樣品進行剪切，經過試樣制備和預處理后對其橫截面進行微觀形貌觀測，結果未發現基板有劃傷現象，此外，由于內壁涂層與鑲嵌料化學黏合，沒有明顯的邊界，給測試帶來難度，但測試中發現涂膜未見有明顯的異常。

根據空罐生產加工工藝，線狀痕跡中的鈦白粉來源引入有以下兩個環節:一為馬口鐵印刷油墨時所用的打底白可丁，二為空罐加工時白色粉末焊縫補涂。因此，對上述兩種可能引入源進行成分分析，并與線狀痕跡中的成分測試結果比對。焊縫補涂區樣品和印刷油墨時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 焊縫補涂區域樣品

圖11 印刷油墨時的白色可丁樣品

圖12 焊縫補涂區域電鏡圖100×

圖13 白色可丁樣品500×

從圖12和圖13可以看出，焊縫補涂區域粉末補涂帶比周圍正常罐體表面稍高，且邊緣呈毛刺狀，印刷油墨時的白色可丁區域是光滑平整的。在兩個樣品上分別選C和D點進行能譜分析測試，分析兩處的元素成分。焊縫補涂區域和印刷油墨時的白色可丁區域的能譜測試結果分別如圖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，而罐外壁印刷時的白可丁中的元素含有C、O、Ti元素，與線狀痕跡區域中的成分測試結果較為接近。因此，根據測試結果比對可知，線狀痕跡區域中灰線中雜質與罐外壁印刷時的白可丁應為同一物質。

圖14 C點焊縫補涂能譜成分圖

圖15 D點白可丁能譜成分圖

表2 C和D兩點能譜成分表

由以上分析可判斷線狀痕跡中雜質來源于外壁印刷油墨時的底涂白可丁，由于罐內壁線狀痕跡貫穿整個罐體，且呈規則直線狀，根據馬口鐵三片罐的生產工藝流程，推測該線條應該是在馬口鐵涂印階段產生，在白可丁涂布過程中，涂料機鋼輥反面帶料，進入烘房固化形成。

3 結論

由于馬口鐵罐生產工藝流程長，工序多，任何加工過程的不當都可能導致內壁涂層的漏涂、雜質點和劃傷等質量缺陷，從而導致罐體缺陷部位容易發生腐蝕，影響所包裝內容物質量安全，及時發現質量問題并分析產生問題的原因，才能生產出質量穩定合格的產品。通過對某食品包裝用馬口鐵三片罐內壁線狀異常的微觀分析，可得出以下結論:

（1）空罐內壁線狀痕跡區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，線狀痕跡區域含有鈦元素，白色物質應為鈦白粉，線條痕跡是由于表面漆膜被含鈦白粉的雜質污染引起，且鈦白粉分布在涂料的表面；

（3）經過線狀痕跡區域的成分與粉末補涂、外印刷時白可丁成分比對可知，線狀痕跡區域的鈦白粉與外印刷時白可丁為同一物質，應該是在馬口鐵涂印階段所產生，機器反面帶料，白可丁涂料固化而形成線狀痕跡。

[1]許文才, 李東立, 魏華. 國內外食品包裝安全研究進展[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].包裝學報，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阻抗評估技術[J]. 飲料工業，2013，16（11）:31-34.

[4]朱琳. 掃描電子顯微鏡及其在材料科學中的應用[J].吉林化工學院學報，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，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。