VCI塑料防銹膜在冷軋鋼卷包裝中的應用研究

陳群

（寶鋼發展有限公司 包裝管理部，上海 201900）

0 引言

傳統的VCI氣相防銹包裝材料是將VCI氣相防銹劑噴淋在中性原紙上，在通過烘干淋膜復合在編織布上，制成防銹包裝紙。該技術發源于二戰期間，用于槍炮軍械的防銹包裝材料，由美國最先開始研究防銹劑相關技術，美國的歌德公司（Corte Ccorporation)目前是世界氣相防銹領域的領先者。

我國近10多年來在氣相防銹劑研究和生產領域從仿制到自主研發取得了長足進步，哈爾濱工業大學、武漢防銹材料研究所、華東理工大學、湖南大學等大專院校、原兵器工業部的科研機構等均取得了成果，滿足了我國對金屬防銹領域的需求。

目前氣相防銹材料有10多個系列、幾百個品種，材料的形式有防銹粉劑、丸片、水劑、防銹紙、防銹膜等，在民用和工業領域有了廣泛的應用，極大地減少了因金屬腐蝕而造成的經濟損失。

1 VCI氣相防銹的防銹機理

在包裝材料與被包裝物的微環境中，VCI防銹劑釋放的氣體分子能與包裝空間內的O2和H2O進行化學反應，形成惰性物質，并吸附在金屬表面上，形成很薄的保護膜，從而阻隔金屬與外界的O2和H2O的進一步接觸，從而起到阻止金屬電化腐蝕和化學腐蝕的目的。

VCI材料主要從以下3方面起防腐蝕作用：

1）在金屬表面形成陽極鈍化作用，以隔離或減緩陰極的電化學過程，具有陽極鈍化作用的化學基團有OH-等。

2）利用帶有機陽離子基團吸附在在金屬表面所形成的憎水性膜，來屏蔽銹蝕介質的作用，以降低被防護金屬的電化學活性，這類基團有（

3）揮發的氣體分子與金屬反應，在被防護金屬表面形成穩定的以配合鍵結合的絡合物膜，增加了金屬表面的電阻，阻滯了電化學活性，從而保護金屬，如苯駢三氮唑等。

通常防銹作用往往是幾種因素綜合作用而產生的，氣相緩蝕劑在其到達金屬表面后才會產生防銹的作用。金屬與防銹材料之間的距離應控制在40 mm以下，以確保緩蝕劑在相對密閉微環境中的氣體濃度。防銹機理過程見圖1。

圖1 防銹機理過程

VCI防銹包裝材料的氣相緩蝕氣體分子擴散后，其附著在金屬表面，形成保護膜切斷了電子從陽極向陰極位移通道，隔絕金屬發生銹蝕，使金屬保持光亮如新。

VC防銹的化學本質：一種是氣相劑的分子，先遇到潮氣，在水分子的作用下離解或分解，分解出有保護作用的揮發性基團。這些基團經過揮發、擴散到金屬表面并抑制金屬的大氣腐蝕；另一種是氣相劑以分子狀態揮發、擴散到金屬表面，在金屬表面才發生離解或分解，生成保護性基團而起保護作用。

胺類、脂類、較低分子脂肪酸等，氣化時是分子揮發。而無機鹽則是先離解或水解，產生NH3氣，以NH3氣揮發而對鋼鐵起保護作用。

2 VCI氣相防銹緩蝕劑的種類

目前已經發現的具有氣相緩蝕作用的化合物有二三百種之多，這些化合物主要是無機酸的胺鹽、有機酸的胺鹽、酯類、硝基化合物及基胺鹽和雜環化合物等，使用時，要根據不同的被保護金屬正確地選用合適氣相緩蝕劑。

一般可分為以下幾種：1）鋼材氣相緩蝕劑。鋼材氣相緩蝕劑的共同特點是無機氨或有機胺的陽離子起防銹作用。2）有色金屬氣相緩蝕劑。有機胺的鉻酸鹽類、有機胺的磷酸鹽類、有機酸酯類、有機酚及其衍生物、雜環化合物等，應根據不同的金屬種類選用。3）混合型氣相緩蝕劑。混合型氣相緩蝕劑也是一種鋼材防銹材料，它是由多種化合物混合在一起，緩蝕揮發后，與空氣中的水和氧并發生化學反應生成氨，通過氨達到對鋼材防銹的目的。

3 VCI氣相防銹膜的生產及應用

目前，氣相防銹薄膜有2種：一種是將氣相防銹劑的膠粘涂覆在塑料薄膜單面；另一種是直接將氣相防銹劑與塑料（PE、PP、PVC)混煉融合，再通過擠壓吹脹成薄膜。在實際包裝特別是鋼鐵產品包裝中，采用第二種更加適用。主要是因為采用混煉擠壓工藝，使得氣相防銹劑能夠緩慢較勻速釋放，采用單向滲透緩釋和多層共擠技術，防銹的周期更長久。采用LLDPE生產的氣相薄膜不僅具有阻隔銹蝕因素（防水）和氣相防銹的雙重作用，而且兼有優良的耐候性、耐濕性、耐鹽水性、、耐溶劑性。產品有效期長、使用方便。同時VCI防銹膜可實現100%回收利用，大批量生產更經濟、更環保。

寶鋼工業公司開展VCI氣相防銹塑料膜的研究多年，通過了一些列研究試驗評估，取得了生產制造高強度多層共擠吹漲拉伸塑料膜的經驗，日前已經在冷軋薄板廠的鍍鉻薄板工廠包裝試驗上取得成功。采用該工藝生產的VCI氣相防銹塑料膜包裝替代原包裝標準的“氣相防銹紙+塑料套袋”防銹包裝，包裝試驗鋼卷經過2個月的敞開式倉庫存放，開卷檢驗證明達到了防銹的效果。采用VCI氣相防銹膜防銹包裝工藝不僅可以降低鋼卷包裝的綜合成本，而且可以簡化包裝工藝，提高作業效率，同時由于可以回收循環再利用，又符合綠色環保的潮流。

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