金属包装饮料罐的腐蚀行为研究

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金属包装饮料罐因其密封性好、保质期长而被广泛使用在饮料行业中。而金属包装罐的缺点之一就是易腐蚀。金属包装罐的腐蚀会致使饮料受污染或劣变从而威胁人们的身心健康,食品安全问题也越来越突出。目前,金属包装罐的腐蚀机理尚不明确。因此,研究金属包装饮料罐的腐蚀行为和失效机理,预测金属包装饮料罐的耐蚀寿命,这对于减少食品安全问题的发生具有极其重要的意义。首先,对金属包装饮料罐原材料马口铁在酸性饮料中的腐蚀电化学行为进行了探讨。结果表明,浸泡初期,锡层腐蚀电流密度很高,达到40μA/cm2。浸泡中期,基体碳钢开始暴露出来,仍以锡层溶解为主。浸泡后期,碳钢腐蚀速度为14μA/cm2,其能够承担的耐蚀寿命很短。大约经过1个月的浸泡,锡层完全溶解。研究了酸性饮料罐罐体马口铁和罐底铝之间的电偶腐蚀倾向,结果表明Sn-Al电偶对的电偶电位差为100mV左右,电偶电流为16μA/cm2左右。电偶腐蚀行为以Sn的腐蚀过程为主,属于弱电偶腐蚀行为,可以忽略电偶腐蚀对金属包装饮料罐货架寿命的影响。四种相同工艺生产的马口铁钝化前后耐蚀性能的研究表明本文中使用的马口铁并未进行高效钝化。而采用我们的钝化方法对马口铁进行钝化后,四种马口铁的耐蚀性明显提高,其中F1马口铁钝化效果最为明显,表明我们采用的钝化方法是合理和有效的。镀锡量测定结果表明,F3马口铁镀锡量误差最小。在酸性饮料中彩印铁的耐蚀性研究表明,经过11个月的浸泡后,彩印铁的涂层电阻远大于106Ω·cm2,表明彩印铁环氧酚醛涂层此时仍然具有防护能力:低电位阴极极化加速彩印铁涂层劣化过程与自然腐蚀状态下彩印铁涂层劣化过程具有很好的相关性,表明低电位阴极极化加速方法可以对彩印铁的耐蚀寿命进行预测。其次,在大批次饮料实罐样品的基础上,通过统计分析,建立了以实罐涂层电阻Rc和Fe元素浓度为变量的金属包装饮料罐耐蚀寿命预测模型。该模型属于机理型模型。运用该模型解析了红牛饮料罐防护体系在饮料液作用下逐渐劣化和失效的两个阶段:第一阶段是涂层快速渗水阶段。第二阶段是涂层下渗入介质积累和腐蚀积累阶段。模型的转折参数Rc.tp和[Fe]tp分别表示涂层渗水已到达金属表面的涂层电阻和口味劣化的临界铁元素浓度值。从金属饮料包装空罐加速耐蚀实验结果中可以看出,低电位加速腐蚀试验结果与自然条件下饮料罐涂层失效过程的结果和模型行为一致,表明低电位阴极极化加速涂层失效试验与自然腐蚀试验具有良好的相关性。两者结合可用于预测金属包装饮料罐的耐蚀质量水平,可作为日常检测方法。
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