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改进钢桶密封填料的探索
徐国兴
近年来，钢桶产品发展很快。特别是多用途钢桶及各种内涂料钢桶的应用遍及了石油，化工、农药、食品等行业。
闭口．钢桶包装的物品大多为液体，所以其密封性能日益受到人们的重视。除了钢材的质量、缝焊工艺和卷边技术影响钢桶的密封性能外，另一个重要因素就是钢桶的密封填料。
本世纪三十年代初，美孚石油公司在上海开设中国第一 家钢桶制造厂以来，钢桶已有六十多年的历史了。钢桶的密封填料却一直沿用三十年代的红糖加明胶的配方。由于明胶的熔融温度最高只有65℃左右，再加上在配 制过程中水的高温降解作用及红糖的增塑作用，使得这种填料的实际熔融温度只有50℃左右。如果使用的明胶恩氏粘度低于7E(15% 40℃)、冻力小于250BLoom(g)(12.5% 10℃),则它的熔融温度就更低。当所用明胶的恩氏粘度在4.3E(15% 40℃), 冻力113BLoom(g)(12.5% 10℃)时，红糖、 明胶，水以12：10：18的比例配制的填料，在37℃时就流淌了。这样，在高温天气或钢桶用户高温灌装液体时，在钢桶卷边内红糖明胶填料就会熔融，从而 造成渗漏。
钢桶从生产出来到用户使用，再加上灌装产品后整个使用过程，将需要一段很长的时间。在此过程中免不了经过高温和阳光爆晒，明胶的分子长链不可避免地要发生降解或明胶发生腐败，这就更使得红糖明胶填料的熔融温度进一步下降D它的性能也会随之变差。
在对包装容器的要求越来越高的形势下，各钢桶厂均已认识到改进红糖明胶填料的必要性。要改进钢桶密封填料，就要了解钢桶对密封填料的基本要求。
笔者认为，首先，钢桶的密封填料应是一种具有一定机 械强度的弹性体。这样，在桶的卷边内，填料才能产生一种“涨弹”密封作用。大多数填充料都能满足此项要求，因此，在使用有硬脆性有机聚合物做钢桶填充料 时，往往加入增塑剂、发泡剂等助剂和一些软性单体进行共聚，使其具有一定机械强度和弹性。如往聚乙烯醇( PVA)内加入的增塑剂有甘油、聚乙二醇、山梨醇、聚酰胺、脲素衍生物等，而醋酸乙烯( VAC)不但可用邻苯二甲酸二丁酯( DBP)作增塑剂来增加柔性，还可通过与丙烯酸丁酯(BA)的共聚来达到增加柔性的目的。顺便提一下，VAC与BA的共聚还可提高VAC的耐极性溶剂性 能。另外，在这些硬脆性有机聚合物增加柔性的同时，还可加入一些合适的发泡剂，以增强弹性。而且，在发泡的过程中，可使填充料更充分地充实到卷边中的缝 隙。这样，就更进一步地增强了钢桶的密封性能。当然，选择的发泡剂最好是闭孔型的，这样，填充料与卷边的接触面积才大，有利于填充和密封。
第二，钢桶密封填料应具备较好的耐化学药品和耐溶剂性能。这样，在灌装不同的化学品和各种溶剂时，钢桶才不会因密封填料被溶解而造成渗漏。钢桶内装物品也不会因填料被溶解而受到污染。
密封填料耐溶剂和耐化学品只能是相对的。耐所有化学 品和所有的溶剂的密封填料是不存在的。事实上，对于钢桶密封填料是否会与钢桶内装液体接触，或者接触后会被内装液体完全溶解这一点存在着不同的看法。日本 共亚物产株式会社认为：“填充料深深地涂布于桶身与底、盖的边缘部分，并通过卷合使之得到封缄。所以，一般说来，这些填充料并不直接接触到钢桶的内装物 品”o Bugess.son(Abingdon)有限公司在英国专利“金属容器及其制造方法和设备”中也谈到：“由于受压的桶底、盖和桶身的扳边保持金属问的接 合，填充料实质上与容器的内容物不发生接触”。所以，日本共亚物产株式会社用的钢桶密封填料是丁苯乳胶。众所周知，丁苯胶能溶于芳烃及不完全溶于汽油，氯 仿等物品。然而，美国专利3736893却认为，．由于桶底、盖和桶身扳边间的卷合不可能毫无空隙，所以钢桶内装物会接触填充料。。根据我国现有的制稿技 术，要做到填充料与钢桶内装物完全不接触是困难的。但是，填充料与钢桶内装物的接触也不可能如同浸泡，充其量只是钢桶内装物从卷边缝隙中渗透接触到填充 料。所以，钢桶填充料需要具备较好的耐化学品和耐溶剂性能，但对其要求不一定非常苛刻。事实上，目前许多单位使用以天然乳胶为主要成份做钢桶填充料，而天 然乳胶的主要成份为异戊二烯的顺式聚合物，都是溶于苯，溶剂汽油、二硫化碳、四氯化碳、氯仿等。事实证明，此种钢桶填充料的密封性能还是可以的。
其实，现在应用的某些钢桶填充料，可以通过共聚、交 联、接枝等化学手段，增加其耐溶剂的性能。如为了提高聚乙烯醇耐水性，可使它交联。交联后，它不再溶解。能使它交联的有；硫酸钠、硫酸锌、硫酸铵、钾明 矾、硼酸、多元有机酸和醛类化合物等。通过接枝羧基可提高丁苯胶耐溶剂性能。还有，如前所述的通过与丙烯酸丁酯的共聚可提高聚醋酸乙烯的耐水性能等。
第三，钢桶密封填料要具有良好的耐老化和耐高低温性 能。我们制造的钢桶，其用户遍及全国各地，甚至国外。钢桶所处的环境温差很大，灌装液体的温度也不同，因此，要求钢桶的密封填料高温不熔融，低温不脆化， 始终保持一定的弹性。我们使用了六十年之久的红糖明胶，就是因为温度稍高就会熔融才需要改进。那么，是否可以加以改进呢？回答当然是肯定的。
明胶是由动物的皮或骨经熬煮而得的蛋白质。它是由 α-氨基酸通过肽键结合组成的线性高分子。而α-氨基酸一般带有-OH、-SH、－SCH3、-COOH、NH2等基团。我们通过用粘氯酸(OHC- C(CL)一C(CL)-COOH）和硫酸铬钾[CrK(S04)·12H20]等与之交联，即出现了可喜的结果：试验室水煮二小时不溶化。用作填料 后，200升钢桶进100℃洪房，经一小时无熔融物渗出。若是未交联的普通红糖明胶作填料的200升钢桶，在650C，经15分钟就有熔融物渗出了。当 然，存在着添加荊的用量、浓度、添加方式和添加时间问题。用量大，浓度高，容易发生交联过量，从而使红糖明胶硬化失去弹性量而用量太少，浓度过低，又起不 到作用，或起的作用太少。添加方式取决于施胶方式（喷胶和人工涂胶）。添加时间很重要，尤其是与红糖明胶一起喷涂时，一定要同步，同喷射点。人工涂胶的配 料一定要边涂边混入添加剂。若加早的话，红糖明胶在容器中就逐渐固化了。
第四，作为钢桶的密封填料， 应是卫生、无毒的。因为用钢桶盛装食用油、蜂蜜、及其它食用液体的用户很多，所以一定要注意填充料的卫生状况。尽管填充料对200升钢桶中的内装物的影响 是极其微量的，甚至只能以PPM计算，但并非要降低卫生标准，而是在卫生标燎许可的范围内，应该考虑到填充料的成本。
第五，应考虑到密封填料施胶的方式和条件因素。目 前，各制桶厂密封填料的施胶方式不同。但总的来说，无非是在卷边机上，边卷边喷涂；或在桶底、盖上涂好密封填料，等其固化或部分固化后再上卷边机与桶身卷 合。我们在实践中已体会到红糖明胶不便于人工涂布，而天然乳胶在喷涂时又易堵塞喷咀，所以，密封填料应考虑到施胶工艺。
关于施胶工艺，笔者认为在卷边机上边卷边喷胶比较理 想。因为预先涂胶，在填充料固化或半固化后再与桶身卷合，填充料丧失了流动性后，很难保证充满卷边全部缝隙。如果是手工预涂，填充料就不可避免地会厚薄不 匀，将影响到卷边的密封效果。边卷边喷涂时，由于此时填充料是液体，填充料就会随着卷边的成型，在卷合压紧力的作用下，充满卷边的全部缝隙。当然，这就要 求密封填充料在钢桶的卷边中能自行固化或加温后固化。笔者曾用天然乳胶作过试验，边卷边喷涂，1700C烘烤后，锯下卷边发现天然乳胶没有固化。没固化当 然密封效果不理想，所以最好不采用边卷边喷涂工艺。
符合以上要求的密封填料很多。除了目前已使用的，笔者认为热熔胶和塑化胶也是比较理想的两种钢桶密封填料。
热熔胶由热塑性高分子材料如乙醋树脂、聚醋树脂、聚氨酯树脂等再加上增粘剂，增塑剂、蜡，抗氧剂、填充剂等组成。在加热熔融状态下，它具有流动性，而在浸润被涂物表面后，一经冷却就马上固化。这一点与红糖明胶是一样的。其实，红糖明胶也是一种热熔胶，只是熔点过低罢了。
热熔胶含固量100%，无溶剂，无水份，液固状态间 体积变化很小。因热熔胶中热塑性高分子材料以及添加剂的不同和配方不同，它的性能差异较大。经试验， 笔者认为，用于钢桶密封填料的热熔胶，其熔融温度在120-130℃比较合适。熔融温度太低，易造成钢桶渗漏。因为热熔胶无明显的熔点， 熔解温度在120～130℃的热熔胶在80-100℃时就开始软化了。熔融温度过高就会造成喷咀堵塞，并且能耗过大。试验证明，经过合理配方的熔融温度在 120-130℃的热熔胶各方面性能均较理想，完全能满足前面所述五项要求。但需解决塑涂装置及保温设施问题。
塑化胶，实际应用较多的要数聚氯乙烯树脂了。大分子 量的聚氯乙烯具有极好的耐化学腐蚀性能。强度较高，消震性能好，还具有耐磨、消声、价格较便宜等优点。而且，聚氯乙晦树脂还可以是无毒卫生型的。一般来 说，聚氯乙烯的分子量越高，它的耐化学性能越好。它的主要缺点是热稳定性较差，受140℃以上高温可引起不同程度的降解，但可通过热稳定剂、防老化剂及其 它各种助剂予以克服。通过多种助剂的作用，聚氯乙树脂完全可以用于钢桶密封填料。
用于钢桶密封填料聚氯乙烯塑化胶是一种经特选的聚氯 乙烯树脂悬浮于液体增塑剂中的一种粘稠状液体混合物。其喷涂和剧涂性能良好。在钢桶卷边中，它经170℃和10分钟的烘烤，即塑化为富有弹性的密封材料。 如要符合前面所述的五项条件，除了聚氯乙烯树脂要特选外，增塑剂，抗老化剂，润滑剂、发泡剂，填充料、石蜡、甲基硅油等均需严格选择。
聚氯乙烯塑化胶非常适用于在卷边机上进行喷胶的工艺。菇必是原采用红糖明胶的卷边机。只要去掉其热源，稍加调整就可使用聚氯乙烯塑化胶。这种塑化胶在常温下是一种粘稠状的液体。通过配方的调整，可得到所需的粘度。
在卷边机上，在卷边的同时，由喷胶机构定多定量定向 的喷涂塑化胶。这样，它可充满卷边的全部缝泌。在卷边时，因压轮与钢桶卷边磨擦秀，产生一定的热量，使塑化胶进行了预塑化，使它具有了初步，的密封性能。 然后，再经170℃，1O分钟烘烤后，它就完全塑化了。通过配方的调整，还可使塑化的温度下降，也可进一步缩短烘烤时间。当然，塑化胶只适合于有后烘条件 的单位。
目前，钢桶密封填料品种很多，性能也不尽相同，新的 品种正在开发中，有些密封填料质量较好，而有些则不够理想。钢桶密封填料究竟应符合什么样的标准，至今尚未统一的认识。笔者提出的五项要求也不一定全面， 至少没有一个定量的要求。笔者呼吁，尽快制定钢桶密封填料标准，以便提高填料的质量，进一步提高钢桶的密封性能。 |
