钢桶传统密封胶的改进

上海徐工涂料技术有限公司 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

钢桶的应用，遍及了，石油、化工、农药、轻工、建筑、食品等行业。

闭口钢桶包装的物体大多为液体，所以其密封性能日益受到人们的重视。除了钢材的质量、缝焊工艺以及卷边技术外，影响钢桶密封性能的最主要因素就是钢桶密封胶。

自从本世纪三十年代，美孚石油公司在我国开设了国内第一个钢桶制造厂以来，中国的钢桶制造业已有六十多年的历史，但钢桶的密封胶却一直沿用三十年代明胶加红糖的组成物。直到前几年，才有部分钢桶制造厂改用天然乳胶等其它密封胶。虽然几十年的历史证明，明胶红糖密封胶对钢桶内装物的适应性强，且经济卫生，然而由于明胶红糖组成物的熔融温度较低，使得盛装液体产品的钢桶在夏日的阳光下以及钢桶用户进行热液体物品灌装时，容易发生密封胶熔融流淌，从而发生钢桶渗漏。

那么，是否能够通过某种改进措施，使得明胶红糖组成物的熔融温度提高，甚至不熔不融呢一系列的试验证明，回答是肯定的。

一、明胶红糖组成物简解

钢桶用的明胶红糖组成的密封胶，是按一定的配比，将明胶放于水中高温溶解，然后再加入红糖搅拌均匀，再进行熟化而制成的。按这样配比配制的钢桶密封胶常温下弹性好，有一定的机械强度，耐化学品及溶剂性能理想，同时又卫生无毒，成本低廉，固化迅速，体积变化小，常温下密封效果优良。所以在经历了六十多年之后，还有许多钢桶制造厂在使用。但它的突出缺陷就是遇热熔融流淌，从而造成钢桶渗漏。

二、改进的试验与分析

明胶红糖组成的钢桶密封胶，其组份中的红糖只是起到了增塑和防腐的作用，明胶才是密封胶的关键成份。所以要改进这种密封胶，就要在明胶上下功夫。

1，明胶冻力与密封胶熔融温度的关系

明胶的原料为动物的皮、骨、肌腱及韧带等物。由于原料和生产工艺及品质的不同，造成了它的冻力及粘度的不同。冻力和粘度越高，它的品质越好，一般来说粘度与冻力成正比。

经试验发现，使用的明胶冻力与粘度越高，所组成的密封胶的熔融温度也越高。通过使用高冻力的明胶可以提高明胶红糖组成的密封胶的熔融温度，但当所用明胶的冻力高于160BL00M以后．密封胶的熔融温度的升高曲线变得平坦起来。而且，国内作为产品的明胶其最高冻力也只有200BLOOM(G)。所以，通过提高明胶冻力的办法来实现密封胶熔融温度的上升，其幅度是极有限的，最高也到不了70℃。那么，看来只有在明胶分子结构上想办法了。

2．螫合试验

前文已介绍过，明胶的原料是动物的皮、骨、肌腱和韧带。将这些原料中的胶原蛋白经提纯和初级水解再经加工便制得明胶。所以．它的主要成分当然是天然蛋白质，而氨基酸则是蛋白质的基本结构单位。而且，大多数蛋白质台有20种不同的氨基酸。但构成天然蛋白质的氨基酸几乎全部具有L构型a型,即a一氨基酸。所有氧基酸均可用一个相同的通式来表示。各种氨基酸之间通过头尾，即前一个氨基酸的羧基与后一个氨基酸的氨基缩合(脱水)构成大小不同的分子．称之为肽。因其结构呈链状，故其结构称之为肽链(或多肽链)。这就是蛋白质分子的最简单的结构形式。在这种结构中每个肽链都存在着氨基末端，每个肽链的长链当中也多有氨基存在，而氨基中的氮原子存在有未成链的多余电子，这就为与金属离子的螯合提供了可能。

将硫酸铬钾配制成一定浓度，边搅拌边加入已经熔融的明胶红糖密封胶中，不出数秒钟，马上觉得搅拌阻力增大。并很快由于密封胶成为固态而搅不动了。等冷却后，放于烘箱中于100℃温度下烘烤一小时未见软化，再放于沸水中煮二小时，也未见溶解。这就是明胶蛋白质分子肽链上的氨基与铬离子形成螯合物的结果。

在试验中发现，这种螯台物的形成速度很快，而且加入的硫酸铬钾如果充分，则这种明胶红糖密封胶马上形成坚硬的固体块，几乎没有一点弹性，当然就不可能成为密封胶了。但如果作为螯台剂的硫酸铬钾加入过少，则提高密封胶熔融温度的作用不明显。所以若以螯合的方法来提高明胶红糖密封胶的熔融温度，它的加入量以及加入方式是个关键。 l

3．交联试验

在螯合试验中，由于螯合物的形成速度太快，使得投入实际生产过程中存在一定的困难，于是就想到了一种具有几个活泼基团的有机化台物作为交联剂与明胶红糖组成物中的蛋白质进行交联试验。此种交联剂就是粘氯酸或叫二氯代丁烯醛酸及糠氯酸。

它具有活性较大的羧基、醛基以及氯基，这些活性基团均可与蛋白质肽链上的氨基反应。这几个反应实际上是差不多同时进行的，甚至在同一个粘氯酸分子上同时进行这几个反应。结果是蛋白质肽链与粘氯酸形成多元交联，成为三维的立体网络结构。

在试验中发现，与螯合反应相比，用粘氯酸进行的交联反应要显得慢些。95℃时5分钟后才开始增稠现象，约15分钟后才渐渐成为弹性体，而且其弹性要比螯合物好。这可能是由于这种交联化合物网状结构中存在有粘氯酸的羧基与蛋白质肽链中的氨基反应生成的线性分子的缘故。这些因素为应用到钢桶的实际生产中创造了较为有利的条件。

将粘氯酸加入量不同的五组明胶红糖密封腔与粘氯酸形成的交联化合物放于烘箱中，在100 ℃ 条件下保温一小时后发现，加入粘氯酸最少的一份已软化，其余均保持原状。再将此五份样品放人沸水中煮二小时后发现，加入粘氯酸最少的二份已溶解。依次软化，稍软化和保持原样。这说明与螯台物相似，粘氯酸的使用量是个关键。粘氯酸用量太足，则交联化台物弹性较差；若粘氯酸用量太少，则交联化合物的熔融温度提高不够。

三、讨论

由明胶红糖配制而成的钢桶密封胶，由于其组成成分的先天不足．存在着遇热熔融的缺陷，但通过试验证明，这种缺陷是可以克服的。然而，不管是用螯合的方法还是用交联的方法，都还存在着一定的问题。

首先若是用螯合的方法，则存在着反应速度太快的问题。即使实际生产中如果解决了喷射前不固化的问题，在喷人卷合中的钢桶时也会很快固化，从而造成卷边不密封，甚至发生卷合滚轮凹槽裂开等问题。

第二，如果使用粘氯酸进行交联的方法，则需要解决粘氯酸溶液在喷射过程中的飞溅问题。现在的卷合机在喷射明胶红糖密封胶时大多存在着飞溅现象，若单是明胶红糖密封胶溅到身上倒并无什么妨碍，但如果是溅到粘氯酸，就会发生灼伤。另外，对设备也有腐蚀作用。

第三，明胶红糖组合成的钢桶密封是无毒的，所以，使用这种密封胶的钢桶可以盛装粮油食品等物品。一旦形成螯合物或者交联物后，是否还能保证卫生无毒，这恐怕还有待于经过食品卫生检验。

第四，不管是用铬离子螯合的方法，还是用粘氯酸进行交联的方法．如果要用到实际生产中都还存在一定的难度。因为在实际生产中，明胶红糖是在高温熔融状态下喷向钢桶底盖合拢处的。在这种熔融温度下，如果硫酸铬钾，或是粘氯酸预先加入的话，明胶红糖密封胶就形成螯合物或交联物而变为弹性体状态，就喷不出了。因此，要想使明胶红糖密封胶通过本文所说的螯合或者交联的方法来克服它遇热熔融的缺陷，并成功应用到实际生产中去，就必须搞两套互成一定角度，以便使两种液体喷射后能在空间充分混合的喷射装置。而且首先两者的喷射量要成精确的比例，其次还必须做到两种液体在喷出后与到达卷合机上钢桶桶身与底盖卷合处之间的空中混合均匀。不然，会造成由整个密封胶组成的密封圈,有的地方螯合或交联充分而造成这部分变的坚硬，从而失去密封性能；而另一地方则由于螯合或交联过少，甚至不发生螯合或交联，而仍然存在遇热熔融的问题。

所以，由红糖明胶组成的钢桶密封胶，它遏热熔融的缺陷，可以通过本文所说的用硫酸铬钾中的铬离字与其进行螯合的方法，或者通过用粘氯酸与其进行交联的方法得到解决。但是，这还只是一种试验结果，如果要真正运用到实际的钢桶生产中还需经过努力。