饮料金属包装实罐产品的腐蚀检测

搁要:为了检测饮料金属包装实罐产品的腐蚀情况,研制了适用于罐体产品腐蚀监测的电化学传感器,并研究 了传感器在某功能饮料中的有效测试面积。应用所研制的传感器对服役期分别为1个月、3个月、27个月、43 个月(编号分别为si、s2、s3、s4)的4个功能饮料实罐产品进行了电化学阻抗谱(EIS)测试和电化学嗓声 (EN)测试。E1S结果表明,实罐si的EIS尚未发展成为两个容抗弧的特征,涂层电阻值大于108fl*cm2,表 明涂层防护性能良好;实罐s2、s3和s4的EIS均呈现双容抗弧特征,涂层电阻值均小于108fl*«nz,表明该有 机涂层失去了防护性能。EN结果表明:s3和s4电流噪声的暂态峰数量相比si和82多,幅值增大,表明局部 腐蚀敏感性增加。电化学测试结果表明4个实罐的性能不同,且与服役期有关,因此所研制的传感器可以进行 实罐性能检测,并为评估金属包装产品的货架寿命提供科学依据。
 
引言
 
镀锡薄钢板由于其优异的阻隔性能和优越的力 学性能等诸多优势,被广泛地应用于食品包装领 域,例如饮料的包装[1.2]„随着社会的发展和人们 对绿色环保的要求,对金属包装产品的腐蚀与防护 性能提出了更高的要求。而对于金属包装产品来 讲,其缺点主要是容易发生腐蚀,腐蚀引起内容物 变质,可能引发食品安全问题[34]。由此看来,金 属包装实罐产品的腐蚀检测显得尤为重要。
 
电化学方法在腐蚀检测方面有着独特的优 势[5]。待检测和评价的金属包装产品是内壁为环氧 酚醛涂料的镀锡薄钢板罐,是一金属/涂层体系。 涂层下金属腐蚀主要是电化学腐蚀,有机涂层在金 属的防护失效过程中,伴随着一系列的电化学变 化。通过检测电化学信号变化,可以获得金属腐蚀 与涂层防护性能变化的动态信息,实现涂层耐蚀性 的定量与半定量评价。电化学阻抗谱(EIS)技术 具有施加的扰动信号很小,对被测样品的性质影响 小等优点,现已成为研究有机涂层防腐机理与性能 的一种主要的电化学方法[M]。电化学噪声(EN) 技术作为原位、无损的金属腐蚀探测技术,测试方 法简单、数据采集迅速,是一种很有前途的电化学 分析方法[912],在腐蚀类型和腐蚀倾向的判断上具 有独特的优势[131<]。但是电化学阻抗谱和电化学 噪声方法作为金属包装产品服役环境下的检测尚未 见任何报道。本文研制了一种适合于饮料包装罐体 产品腐蚀检测的传感器,验证了其对功能饮料实罐
进行腐蚀检测的适用性,并用该传感器对金属包装 罐体产品进行了 EIS和EN检测。
 
1实验技术
 
1.1电化学传感器的结构
 
所设计的传感器结构如图1所示,其对电极和 参比电极直接暴露在腐蚀介质中。对电极有两个: 直径为3 mm、暴露面积约为0. 5 cm2的铂铌丝, 作为EIS测试对电极;直径为1 mm、暴露面积约 为0. 3 cm2涂覆一层硅橡胶的铂丝,作为EN测试 对电极,硅橡胶的厚度约为0.3 mm,这可满足异 种材料EN电位测试的要求。参比电极为锑电极。 传感器设有工作电极触头,该触头中间为突出的铜 柱,外面有一环形磁铁,通过磁铁吸引可以吸在罐 体的外表面上,与其连接处的罐体外表面要稍做打 磨处理以便露出金属表面。传感器在强磁铁的作用 下可以吸在罐体的上部,而电极部分伸入罐内进行 电化学检测。
 
1.2电化学测试方法
 
电化学测试在 Princeton Applied Research 公 司的VersaSTAT 4系统进行。线性极化扫描速度 为0.1667 mV • s_I,扫描范围为相对于腐蚀电 位士20 mV。腐蚀电位下的EIS测试设置测试频率 为100 kHz10 mHz,对数扫频,每倍频程扫点8 个,共测56点,施加正弦扰动幅值为5 mV。EIS 数据经计算机采集后,用Zsimpwin软件进行数据 拟合。电化学噪声测试采用零阻模式(ZRA),采 样频率为2 Hz,每次EN测试512 s。
 
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