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《金屬包裝設計與制造》（3）
金屬包裝的發展趨勢
文/吳若梅、劉躍軍
一、金屬罐的發展趨勢
1、罐材的發展趨勢
現代金屬罐的生產效率明顯提高，生產成本大大降低，能滿足包裝衛生和安全的要求，可靠性強，應用變得越來越廣泛。近年來，隨著包裝安全意識和環保意識的不斷加強，對材料的質匱要求日趨嚴格，各類化驗項目不斷增加，同時，制定了相應標準。研制新的金屬包裝材料，開發新型容器，改變傳統的制罐工藝和設備，減少環境污染和提高包裝食品的衛生水平是發展的主旨需求。金屬包裝材料正向輕量、薄鎖、少或無表面處理及與高分子材料復合的方向發展。如不含限定溶劑（如乙二醇乙酰、乙二醇乙酰醋酸酷、甲苯等）的罐涂料，水性涂料，低溫固化、高固含量涂料，UV 涂料，即時光固化的UV 油墨，無污染、固化快、保護性好的粉未涂料等。
從目前發展趨勢來看，涂層鋼板用于包裝材料已呈現快速發展趨勢。涂層鋼板是指有機涂料涂敷千鋼板表面獲得的涂裝金屬材料。此類涂層鋼板在包裝行業制作各類包裝產品后無需再進行涂裝工序，所以又常將涂層鋼板歸為預涂層鋼板。涂層鋼板用千金屬包裝行業，可取代目前金屬包裝產品生產過程中落后的涂裝工藝，同時還可避免傳統的金屬罐內層因環境激素類涂料涂裝超標造成對人體產生不良影響的后果。隨著它的廣泛應用，傳統金屬罐生產工藝和技術將得到顛覆，生產率、生產成本、清潔衛生、環境保護等各個方面也都將前進一大步。涂層鋼板一般由冶金企業集中生產，由千省去了產品制作中的涂裝工序，大大降低了包裝制造業成本。據估計，以涂層鋼板為原料的包裝產品可降低成本5%~10%，節省能源約1/6~1/5, 尤其節約了包裝產品的預處理和涂裝設備的大量投資。涂層鋼板兼具有機聚合物與鋼板二者的優點，既有有機聚合物的良好著色性、成型性、耐蝕性，又有鋼板的高強度和易加工性，能很容易地進行沖裁、彎曲、深沖、焊接等加工。
2、金屬罐的發展趨勢
(1) 罐壁減量化
薄壁三片罐金屬包裝企業為降低環境資源壓力，向減薄化、輕最化發展是必由之路。減量化就是在降低罐壁厚度的同時，容器仍能保持足夠高的強度、剛度等性能。與20年前相比，鋁制飲料罐減輕了28% ，鋼制食品罐減輕了33%。比如歐洲350ml的金屬罐早巳從45g降到了30g左右，重量減少33%；法國食品的金屬三片罐已使用0.14mm厚度的DR材；而我國的金屬三片罐仍在大規模使用0.19~0.24mm厚度的馬口鐵，單位產值的資源消耗率是日本的11.5 倍、美國的4.3 倍、世界平均水平的2倍。
國內目前用千飲料的三片罐一般采用0.19mm或以上厚度的SR材（一次冷軋馬口鐵）和0.18mm 的二次冷軋鎖錫薄鋼板。按照中國市場每年消費約90億只飲料罐計算，使用厚度為0.20mm的250ml飲料罐消耗鋼材約28萬噸，若更改為使用0.15mm鋼材的薄壁三片罐，可節約鋼材7萬噸。若在食品飲料行業內全面推廣，使用0.12mm鋼材薄壁三片罐，每年可節省鋼材60余萬噸。因此，金屬包裝容器輕量化是行業的發展趨勢，能直接有效地降低包裝成本，形成環保和經濟效應。
(2) 結構多樣的異型罐
隨著產品的日趨多樣化，消費者更加關注品牌美譽度，眼光也更加敏銳和個性化，更易被獨特外觀的包裝設計所吸引。隨著大眾環境意識的加強，對環保綠色包裝的認同度越來越高。
①非對稱鋁瓶罐。因其具有諸多優點而獲得了消費者青瞇，如高檔、抗破碎、耐用、優異的阻隔性，可在常溫或熱灌裝溫度下灌裝，內容物可快速冷卻，重量輕、運輸效率高、運輸成本低等。其適合罐裝的產品包括：啤酒、葡萄酒和其他酒類飲料，能最和運動飲料，冰茶和咖啡等。
②覆膜鋁瓶罐。DW鋁瓶發源于日本，集易拉罐的優點以及飲用口衛生、可再封、便攜等特色于一身。結構上與易拉罐一樣也有二片、三片之分，生產工藝各不相同。三片DW鋁瓶主要采用覆膜鋁材料，抗蝕性能及灌裝線兼容性更優越。一般在瓶底有安全閥，適用范圍廣，可滿足含氣飲料的要求。覆膜鋁瓶罐是將覆膜鋁材料經過沖杯、減薄拉伸成瓶身，進而再經過瓶口螺紋制作而得到所需的鋁瓶，完全省去了涂料鋁瓶罐成型過程中諸多繁瑣的工序環節。由于覆膜鋁采用的PET 薄膜抗蝕性能極佳，因而鋁瓶基本上適合包裝各類飲料，工藝過程大為簡化、適應性廣、發展潛力很大。
(3) 體驗式金屬罐
易于攜帶，分量控制符合消費者健康需要，具有良好消費體驗的小罐在全球范圍風行，產品種類多樣化，帶來的顛覆性消費體驗提升了品牌營收驅動力。
①高清像感罐。該罐采用激光直接雕刻制版，即DLE技術，制版時印版上無圖文的空白部分氣化，徹底消除了曝光、顯影等工序，做到了高清制版與高清印刷技術，使單片罐與兩片罐罐體色彩及圖像具有更好的效果和體驗。可口可樂歐洲公司開展一項”品味感覺(Taste the Feeling)" 的活動，采用高清晰度、完全接近照相效果的印刷圖像應用于異形鋁瓶罐，獲得了極大的視覺沖擊力，彰顯了產品的功能和情感體驗。
②自動冷卻、加熱飲料罐。美國自冷罐有限公司(CCNV) 開發的自冷罐使用起來非常方便，只要按一下飲料罐底部的塑料按鈕，飲料罐溫度就可以在3~5min內降低15~20℃。自冷罐主要使用了一種熱量交換系統(HEU) 的專利技術來達到飲料罐自動降溫的功能， HEU包括許多組成部分，如飲料罐罐體、內置HEU器、活性炭、CO2氣體等。HEU工作原理十分復雜，要使吸附CO2的活性炭保持一定的穩定性，并在HEU的內部壓力下降的情況下，CO2能有效地釋放并達到吸熱的功能。日本出現一種自加熱清酒罐。在罐的下1/5處有一個夾層，內裝生石灰和密封塑料膜包的一小袋水。飲用前，只要用一根＂附用＂的塑料小棒從下部的小孔中插入，水立即就會和生石灰混合在一起，產生大量的熱量，只需3 min就能把一罐清酒加熱到58℃。雀巢英國公司新近推出330ml新概念“自動加熱牛奶咖啡罐“，它的原理是將水和生石灰分別放置在罐的夾層中，通過化學反應產生熱扯。罐的容積也因此縮小，可容納液體飲料210ml。為方便消費者飲用，罐子頂部設計了圓形拉環。通過底部的按鈕來控制加熱過程，大約3min飲料即可達到60℃。為避免消費者被熱飲料燙傷，罐的外層有一個波紋狀隔離層及收縮套。
③智能化、信息化罐。基千二維碼技術的＂一蓋一碼“易拉蓋成為飲料產品的發展趨勢，讓每罐飲料都可以成為一個流量感知端，使商品成為自身品牌的一個智能化的媒介載體。可實現與消費者在線實時互動，整合消費者及產品信息，實時傳播產品信息，采集消費者消費行為大數據，使產品變“智能化”“信息化”，并以此創造更高的商業價值。
二、金屬桶的發展趨勢
我國鋼桶行業已經成為世界鋼桶包裝大國， 2019年在中國召開了亞太鋼桶國際AOSD會議。近年來，隨著格瑞夫、杰富意等國外鋼桶企業進入中國市場，中國鋼桶行業巳顯示出國際化的發展趨勢。天津大田包裝已在馬來西亞建立分廠，國際化趨勢已日趨明顯。隨著鋼桶國際化的發展，未來的中國鋼桶行業，將會實現真正的與國際接軌，這不僅是企業分布，更重要的是技術、工藝、材料和裝備，也將與國際水平零距離接軌。這意味著中國的鋼桶制造技術已真正達到國際水平。同時，環保風暴給鋼桶企業帶來了極大的挑戰，順應國際鋼桶發展趨勢，鋼桶生產及回收利用全過程都貫穿著環保意識。
1、制桶材料的發展趨勢
(1) 水性涂料水性涂料是制桶業解決環保問題的捷徑。中國包裝聯合會鋼桶專業委員會出臺了《鋼桶水性涂料涂裝工藝標準》，隨著水性漆的不斷改進和制桶企業對技術的不斷完善，水性漆在國內制桶行業的普及是勢不可當的。
(2) 預涂鋼板和印鐵技術預涂鋼板和印鐵技術是鋼桶生產過程中實現無涂裝無污染的捷徑，也是提高鋼桶外表面裝潰質量的最佳途徑，將是鋼桶業的重要發展趨勢。
(3) 鋼桶薄型化隨著經濟的發展和科學技術的進步、鋼板材質的提高、生產工藝的不斷更新，鋼桶的材料厚度也由厚向薄發展。我國200L 鋼桶目前普遍采用1. 20mm厚的薄鋼板，而國外大多采用0.8mm厚的鋼板，且桶身、桶底、桶頂皆采用不同厚度的薄鋼板。鋼桶薄型化是技術發展的象征，薄型化巳成為不可阻擋的趨勢。
2、鋼桶的發展趨勢
（1）鋼桶結構
①鋼桶內襯袋。鋼桶內襯袋是將內襯袋置千鋼桶之內，它同時結合了兩種包裝材料的特性，即鋼桶的強度以及襯袋的柔韌性、潔凈度和耐化學品性能，它將成為鋼桶的最佳配件。該內襯袋非常結實， 經特殊設計，可防止廢物造成污染，并克服了與鋼桶回收有關的環境問題，適用于化學品、顏料、油品及食品等各種液體的運輸和存儲。
②卡式直塞型鋼桶封閉器。這種封閉器省去了原閉口鋼桶封閉器的法蘭，利用桶頂的材料，直接進行沖孔翻邊成形，也省去了法蘭與桶頂的壓合工序，更重要的是減少了法蘭與桶頂之間的泄漏危險性，從而提高了鋼桶的密封性能，它將成為標準產品。采用這項技術后，在鋼桶封閉器上的成本將節約至少50％的費用。
③集裝箱專用鋼桶。集裝箱專用鋼桶(W型環筋）的主要特點是桶身上的環筋被整體向桶內陷入，即在桶身環筋高度不減少的清況下，在環筋與桶身相連的部位制造了向內凹進的環形槽，從而使鋼桶的最大直徑比國標鋼桶小了10 mm（國標鋼桶的環筋外徑為585mm, 集裝箱鋼桶的環筋外徑為575 mm) ，能夠最大限度地利用空間，達到最經濟的運輸成本。W型環筋不僅減少了鋼桶最大直徑，而且增強了桶身的強度，免去了桶身上的波紋，使桶身的形狀更加美觀。
④200L柱錐形開口桶。200L錐形桶屬于全開口桶，它的桶口內徑為553mm, 桶底內徑為516mm, 桶高有970mm和990mm兩種。桶身環筋的作用是空桶儲運時進行套裝的層次限制。錐形桶的最大特點是空桶運輸方便、成本低，在運輸時每摞桶14個，每個托盤4摞，一輛汽車可裝10托盤，一車能裝空桶560只，而普通鋼桶一車只能裝不超過100只，可大大降低運輸費用。錐形桶尺寸的國際標準化，在遠洋運輸中占用的集裝箱空間最為合理，是目前國際最流行的鋼桶之一。
(2) 制桶設備及工藝
①輔助生產設施的自動化。目前，國內大中型制桶企業，都已逐步實現了自動化生產。非主線生產工序，還有不少沒有實現自動化，如桶蓋的運輸和收集、上蓋、周轉、試漏等。桶蓋自動碼跺機和拆操機、桶口貼標機和撕標機、桶蓋自動上塞機，全自動氨檢漏技術、鋼桶的倉儲自動化技術，利千預涂裝、印鐵或覆膜鐵材料生產鋼桶的自動立式鋼桶生產線等的應用和發展，將真正實現全線自動化生產。
②多渠道多方法減少清洗污染。雖然水性漆可以解決一大部分鋼桶生產中的環保間題，但仍有一些問題還需要解決，比如鋼桶涂裝前的清洗污染問題、鋼桶電鎖污染問題、涂裝廢水污染問題、鋼桶印鐵或預涂裝的污染問題，以及一些不達標的水性漆污染間題等。選用如催化燃燒環保爐、蓄熱式燃燒爐(RTO) 、廢氣凈化吸附設備、生物法凈化設備、光氧化法凈化設備等環保設備進行污染處理，是最佳的硬件解決方案。
③用擦桶的方法進行涂裝前處理，是鋼桶前處理環保化的重要舉措，實用型擦桶機將成為中小型企業標配。2016 年在印度舉辦的亞太鋼桶會議上，日本就推出了其研制的鋼桶擦拭設備的成果。無磷 .化劑將成為鋼桶清洗的最佳選擇。覆膜鐵在鋼桶行業的應用還不能進入實用階段，還有不少間題需要解決。鋼桶鎖鋅替代技術，諸如一種“環保型合金催化液技術”已經在國內研制成功，并在多個行業開始了使用。
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