VCI塑料防锈膜在冷轧钢卷包装中的应用研究

陈群

（宝钢发展有限公司 包装管理部，上海 201900）

0 引言

传统的VCI气相防锈包装材料是将VCI气相防锈剂喷淋在中性原纸上，在通过烘干淋膜复合在编织布上，制成防锈包装纸。该技术发源于二战期间，用于枪炮军械的防锈包装材料，由美国最先开始研究防锈剂相关技术，美国的歌德公司（Corte Ccorporation)目前是世界气相防锈领域的领先者。

我国近10多年来在气相防锈剂研究和生产领域从仿制到自主研发取得了长足进步，哈尔滨工业大学、武汉防锈材料研究所、华东理工大学、湖南大学等大专院校、原兵器工业部的科研机构等均取得了成果，满足了我国对金属防锈领域的需求。

目前气相防锈材料有10多个系列、几百个品种，材料的形式有防锈粉剂、丸片、水剂、防锈纸、防锈膜等，在民用和工业领域有了广泛的应用，极大地减少了因金属腐蚀而造成的经济损失。

1 VCI气相防锈的防锈机理

在包装材料与被包装物的微环境中，VCI防锈剂释放的气体分子能与包装空间内的O2和H2O进行化学反应，形成惰性物质，并吸附在金属表面上，形成很薄的保护膜，从而阻隔金属与外界的O2和H2O的进一步接触，从而起到阻止金属电化腐蚀和化学腐蚀的目的。

VCI材料主要从以下3方面起防腐蚀作用：

1）在金属表面形成阳极钝化作用，以隔离或减缓阴极的电化学过程，具有阳极钝化作用的化学基团有OH-等。

2）利用带有机阳离子基团吸附在在金属表面所形成的憎水性膜，来屏蔽锈蚀介质的作用，以降低被防护金属的电化学活性，这类基团有（

3）挥发的气体分子与金属反应，在被防护金属表面形成稳定的以配合键结合的络合物膜，增加了金属表面的电阻，阻滞了电化学活性，从而保护金属，如苯骈三氮唑等。

通常防锈作用往往是几种因素综合作用而产生的，气相缓蚀剂在其到达金属表面后才会产生防锈的作用。金属与防锈材料之间的距离应控制在40 mm以下，以确保缓蚀剂在相对密闭微环境中的气体浓度。防锈机理过程见图1。

图1 防锈机理过程

VCI防锈包装材料的气相缓蚀气体分子扩散后，其附着在金属表面，形成保护膜切断了电子从阳极向阴极位移通道，隔绝金属发生锈蚀，使金属保持光亮如新。

VC防锈的化学本质：一种是气相剂的分子，先遇到潮气，在水分子的作用下离解或分解，分解出有保护作用的挥发性基团。这些基团经过挥发、扩散到金属表面并抑制金属的大气腐蚀；另一种是气相剂以分子状态挥发、扩散到金属表面，在金属表面才发生离解或分解，生成保护性基团而起保护作用。

胺类、脂类、较低分子脂肪酸等，气化时是分子挥发。而无机盐则是先离解或水解，产生NH3气，以NH3气挥发而对钢铁起保护作用。

2 VCI气相防锈缓蚀剂的种类

目前已经发现的具有气相缓蚀作用的化合物有二三百种之多，这些化合物主要是无机酸的胺盐、有机酸的胺盐、酯类、硝基化合物及基胺盐和杂环化合物等，使用时，要根据不同的被保护金属正确地选用合适气相缓蚀剂。

一般可分为以下几种：1）钢材气相缓蚀剂。钢材气相缓蚀剂的共同特点是无机氨或有机胺的阳离子起防锈作用。2）有色金属气相缓蚀剂。有机胺的铬酸盐类、有机胺的磷酸盐类、有机酸酯类、有机酚及其衍生物、杂环化合物等，应根据不同的金属种类选用。3）混合型气相缓蚀剂。混合型气相缓蚀剂也是一种钢材防锈材料，它是由多种化合物混合在一起，缓蚀挥发后，与空气中的水和氧并发生化学反应生成氨，通过氨达到对钢材防锈的目的。

3 VCI气相防锈膜的生产及应用

目前，气相防锈薄膜有2种：一种是将气相防锈剂的胶粘涂覆在塑料薄膜单面；另一种是直接将气相防锈剂与塑料（PE、PP、PVC)混炼融合，再通过挤压吹胀成薄膜。在实际包装特别是钢铁产品包装中，采用第二种更加适用。主要是因为采用混炼挤压工艺，使得气相防锈剂能够缓慢较匀速释放，采用单向渗透缓释和多层共挤技术，防锈的周期更长久。采用LLDPE生产的气相薄膜不仅具有阻隔锈蚀因素（防水）和气相防锈的双重作用，而且兼有优良的耐候性、耐湿性、耐盐水性、、耐溶剂性。产品有效期长、使用方便。同时VCI防锈膜可实现100%回收利用，大批量生产更经济、更环保。

宝钢工业公司开展VCI气相防锈塑料膜的研究多年，通过了一些列研究试验评估，取得了生产制造高强度多层共挤吹涨拉伸塑料膜的经验，日前已经在冷轧薄板厂的镀铬薄板工厂包装试验上取得成功。采用该工艺生产的VCI气相防锈塑料膜包装替代原包装标准的“气相防锈纸+塑料套袋”防锈包装，包装试验钢卷经过2个月的敞开式仓库存放，开卷检验证明达到了防锈的效果。采用VCI气相防锈膜防锈包装工艺不仅可以降低钢卷包装的综合成本，而且可以简化包装工艺，提高作业效率，同时由于可以回收循环再利用，又符合绿色环保的潮流。

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