金屬包裝材料特性與資源化再生利用

文/曾廣平

一、國內外對金屬包裝材料的限定要求

1、內涂層的限定要求

盛裝食品的金屬桶及罐頭的內涂料對耐腐蝕性提出了更高的要求。例如，肉類罐頭包裝的內涂料要有耐脂肪、蛋白質的作用；裝魚蟹類產品的包裝內涂料要耐硫化氫的侵蝕；裝飲料的要耐溶劑、碳酸氣等；裝水果的要耐水果酸。如果盛裝食品的金屬包裝容器由于其內壁涂料衛生質量達不到食品安全衛生要求，將會造成二次污染，從而影響其產品的內在質量。但是，我國允許使用在鋼桶內壁上的食品涂料有：聚酰胺環氧樹脂涂料、過氧乙烯涂料、有機氟涂料等。

在內壁涂料中主要的污染物包括游離酚、游離甲醛、雙酚A及其衍生物。目前，國家標準中對游離酚和游離甲醛的遷移限量和檢測方法已有明確的規定。比如，水基改性環氧易拉罐內壁涂料衛生標準GB11677；食品包裝用聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯成型品衛生標準的分析方法GB/T 5009.60；食品罐頭內壁環氧酚醛涂料衛生標準的分析方法GB/T5009.69等等。

針對雙酚A及其衍生物的毒性及其對食品的遷移性，外國政府紛紛制定了關于食品包裝中雙酚A及其衍生物限量的法規。歐盟食品科學委員會（SCIENTIFIC COMMITTEE ON FOOD，SCF）發布的《2002/72/EC 委員會關于預期接觸食品的塑性材料和物品指令》中規定：BPA的特定遷移極限SML=3mg/kg。《2002/16/EC 委員會關于與食品接觸的材料和制品中使用某些環氧衍生物的指令》對BADGE、BADGE·2H2O、BADGE·H2O、BADGE·H2O·HCl、BADGE·2HCl、BADGE·HCl六種物質的特定遷移總量極限SML=1mg/kg。日本已經要求這些物質應小于5ppb，加拿大則即將禁止雙酚A的使用。

發達國家對罐頭用內壁涂料經過多年研究和毒理學評價，對食品內壁涂料質量提出新要求。涂料的樹脂被認為可能會產生殘留BADGE(雙酚A縮水甘油醚)和BFDGE(雙酚F縮水甘油醚)，雖然這些物質的量可能只有十億分之幾（PPb），但是這些物質被認為對人的遺傳造成影響。日本已經要求這些物質應小于5ppb，而歐盟今后會要求完全不可檢出。

2、金屬離子溶出量的限定要求

直接接觸食品的金屬容器主要是食具，材料為不銹鋼、鋁合金等，在使用金屬包裝容器的過程中，如果使用不當就會使內裝物中含有一些微量金屬元素，這些元素會在人體中慢慢累積，當達到某一限度時，就會危害人體健康。

我國對鋁制品、不銹鋼等的食品包裝容器金屬離子溶出量都有相應的限定要求，比如，不銹鋼食具容器衛生標準GB9684以及鋁制食具容器衛生標準GB11333中，重金屬溶出量限定要求如表1所示。歐盟對金屬、合金、鍍層的重金屬溶出量限定如表2所示。

表1 金屬溶出限定要求表

標準號	金屬名稱	限定要求/mg/L
GB 9684	鉛溶出量	≤1.0
	鉻溶出量	≤0.5
	鎳溶出量	≤3.0
	鎘溶出量	≤0.02
	砷溶出量	≤0.04
GB 11333	鉛溶出量	≤0.2
	鎘溶出量	≤0.02
	砷溶出量	≤0.04
	鋅溶出量	≤1.0

表2 歐盟重金屬限定要求表

重金屬名稱	限定要求/mg/dm2
鉛溶出量	≤0.010
鎘溶出量	≤0.005
鉻溶出量	≤0.4
鎳溶出量	≤0.1
銅溶出量	≤0.5

二、金屬包裝材料的安全影響因素

1、生命安全

金屬包裝是食品包裝中的重要組成部分，其擁有塑料、紙包裝所不能比擬的強度和剛性，并且擁有優異的阻隔性、阻氣性、防潮性、遮光性和保香性。這些優勢使金屬包裝大量的應用于啤酒、軟飲料、固體飲料（如奶粉、咖啡等）、罐頭等食品的包裝。針對占有廣闊市場的金屬類食品包裝容器，其對食品安全的潛在威脅主要存在于兩個方面：首先是包裝材料中金屬離子的遷移對食品的污染，其次是金屬罐內壁有機涂層中化學物質遷移引起的污染。

在使用金屬包裝容器的過程中，如果使用不當就會使內裝物中含有其中的一些微量金屬元素，這些元素會在人體中慢慢累積，當達到某一限度時，就會危害人體健康。不銹鋼是由鐵鉻合金再摻入其他一些微量元素而制成的，如果長時間盛放強酸或強堿性食品，不銹鋼中的鉻、鎳等元素就會溶出。鋁制品主要的食品安全性問題在于鑄鋁中和回收鋁中的雜質。目前使用的鋁原料的純度較高，有害金屬較少，但是回收鋁中的雜質和金屬難以控制，易造成食品的污染。而對于焊接三片罐來說，使用的錫鉛焊料也有可能污染內裝物，從而危害到人體的健康。因此金屬包裝容器內涂層材料的保護作用不容忽視，尤其是對于應用于食品行業的金屬包裝。

內壁涂料可防止內容物與金屬直接接觸，避免電化學腐蝕，提高食品貨架期，但涂層中的化學污染物也會在罐頭的加工和貯藏過程中向內容物遷移從而造成污染。這類物質有BPA(雙酚－A)、BADGE(雙酚－A二縮水甘油醚)、NOGE(酚醛清漆甘油醚)及其衍生物。BPA環氧衍生物是一種環境激素，通過罐頭食品進入體內，造成內分泌失衡及遺傳基因變異；游離苯酚有特殊氣味，低濃度的苯酚能使蛋白變性，高濃度的苯酚能使蛋白沉淀，并對皮膚和黏膜有強烈的腐蝕作用，會抑制中樞神經系統和損害肝腎功能；甲醛是一種無色易揮發、有強烈刺激性氣味的氣體，是健康的一大殺手，其35%～40%的水溶液俗稱福爾馬林，能與蛋白質結合，已被世界衛生組織確定為致癌和致畸形物質。

在包裝制品的生產過程中，包括選擇材料及結構設計、生產工藝、涂裝生產、使用儲運的每一個環節，只要處理不當，均會對人體及環境造成傷害和污染，其中尤其以桶身磨邊工藝的噪聲和來自砂輪與鋼板摩擦產生的煙塵對人體和環境的污染最為嚴重。

2、環境安全

金屬包裝從生命周期全過程，即采礦、冶煉、軋制成型到制作包裝、使用廢棄整個過程來看，對資源及能源的消耗均很大，對環境尤其是大氣也造成了污染。

用金屬材料制作包裝，對環境造成污染最主要的有以下兩點：一是金屬材料的開采冶煉；二是包裝制品的生產過程。

在金屬冶煉過程中，高爐氣中含有許多可燃成分（氫氣、甲烷和有毒氣體一氧化碳），如表3所示。它們不僅有毒，而且熱含量高（每立方米900cal—1000cal或38J—43J），因此高爐氣體不能直接排入大氣中，可將它們用做供熱廠的燃料燃燒。金屬鋁、鉛和錫的生產過程與鐵不同，不能利用高爐工藝從其氧化物中獲取。鋁礦石能用于溶解氧化鋁，但不能溶解其他雜質（氧化鐵）的濃蘇打水處理。處理后這些雜質可通過過濾除去，其主要成分是氧化鐵，它會形成紅色的泥巴，很難有其他用途，而且這些紅色的泥巴對土地形成了嚴重的污染。

表3 高爐氣中可燃成分比例表

名稱	非燃燒成分（%）	名稱	可燃燒成分（%）
二氧化碳氣體	10～16	甲烷	0～3
氮氣	52～60	一氧化碳	23～30
氫氣	0.5～4	/	/

金屬包裝易回收、再生利用或重復使用。在金屬包裝的再生利用中，容器中會有殘余的內容物，在熔化高溫下，有的分解成氣體，有的燃燒后產生CO或CO2，有些變成熔渣，這樣便產生了環境污染。一般大型煉鋼廠設備先進，有一套較科學的處理方法，造成污染的可能性不大，但對小型廢鋼熔化廠來說，“三廢”治理仍是一個有待解決的問題。

三、金屬包裝材料廢棄物資源利用分析

金屬包裝廢棄物是指失去或完成保持內裝物原有價值和使用價值的功能，成為固體廢物丟棄的金屬包裝容器及材料。據相關資料顯示，美國每年產生城市生活垃圾1.5億噸，我國城市人均垃圾年產量達到440kg，而這些城市生活垃圾中大約有1/3～1/2是包裝廢棄物，金屬包裝廢棄物約占9%。

由于目前國家還未形成一套完整的回收包裝廢棄物的有效機制和相關配套政策，對金屬包裝廢棄物的回收利用率很低，資源浪費嚴重，而且由于金屬包裝的內裝物不同，使得廢棄物中留有內裝物殘留，如果采用化學試劑進行清洗還會產生新的污染，這更加大了金屬包裝廢棄物回收的難度。

1、金屬廢棄物分選

金屬包裝廢棄物經常與其他包裝廢棄物以及其他城市生活垃圾混雜在一起，因此在回收利用的過程中，先要進行分選。分選的方法除了傳統的人工分選外，還可以采用現代技術進行分選：利用磁性進行分選、利用重力進行分選、利用回轉爐熔化分選等。

2、金屬廢棄物利用

重復使用：通過回收對各種不同規格、不同用途的金屬罐、金屬桶進行翻修整理，然后經過洗滌、烘干、噴漆等工序，重復使用。
回收再造：將回收的廢舊金屬罐、盒、桶等分別進行除漆等前期處理，然后成批量地回送到冶煉爐里重熔鑄錠，進而重新軋制成鋁材或鋼材待用。

四、金屬包裝材料的發展趨勢及建議

1、金屬桶、罐的減量化，薄壁化將成為發展趨勢

加強對綠色包裝產業的研發和投入，大力開發適合循環經濟的產品。為了減輕包裝產品對生態環境的影響和更有效地利用自然資源，圍繞包裝新材料的開發和制造工藝的“減量化”、“薄壁化”進行多角度、多學科的研究，結合結構設計，爭取在這些領域取得突破性進展。
在制桶方面，國外已普及超薄鐵制罐、微卷封工藝和柔性化生產方案等。將制罐壁薄降至0.07mm～0.13mm，從而大大節省用材，降低資源消耗。而我國大多還使用0.20mm以上的馬口鐵制罐。但是國內某公司，去年研制成功薄壁三片罐，厚度與以往產品比減少了0.03mm～0.05mm，為我國創造“降低資源消耗，實現金屬包裝產業可持續發展”的自主研發之路，起到了模范作用。

2、發展優質高檔精品罐、異形罐

目前，我國普通金屬罐產品生產能力過剩、重復投資程度嚴重。但另一方面，能生產小容量、自熱自冷罐、各種適合超市貨架效果的異形罐、精品罐的企業又太少。罐形單一，幾十年不變，難以滿足包裝時尚化發展的要求，制約了金屬包裝業的發展。因此，改變了單一柱形罐的老面孔，發展時尚多樣的異形罐、優質高檔罐，增強競爭實力，成為目前發展的一個重要趨勢。

3、鼓勵多色印刷、UV印刷以及無苯印刷

金屬作為食品包裝材料，一般需要在金屬容器的內、外壁施涂涂料。外壁涂料主要是為防止外壁腐蝕以及起到裝飾和廣告的作用，應符合罐裝食品加工及安全要求，涂料及油墨不得污染食品。為了擴大其銷售性以及保證食品包裝的安全性，采用多色印刷、UV印刷以及無苯印刷將成為發展趨勢。