玻璃鋼在高純水和食品領(lǐng)域中的應(yīng)用

一、 前言

這幾年由于居民生活水平以及居住條件的提高，較多的一些新的民用建筑大量產(chǎn)生，從而帶動(dòng)了一些食品水以及飲用水容器的要求越來(lái)越高；同時(shí)隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是食品廠、電廠、電子工業(yè)工工廠的在大量新建，對(duì)于水質(zhì)的要求也是越來(lái)越高，工業(yè)中就需要大量水達(dá)到食品級(jí)甚至高純水的要求，那就對(duì)用于水處理的容器提出了更高的要求。而這幾年隨著玻璃鋼制品的*性得到很好的體現(xiàn)，越來(lái)越多的廠家采用了玻璃鋼容器用于食品級(jí)處理，以及用于高純水裝置的制作。但在食品級(jí)FRP器制作中還存在一些具體的技術(shù)細(xì)節(jié)，在此我們根據(jù)多年的產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)一并總結(jié)以饗業(yè)界用戶(hù)以及z2終用戶(hù)。 

二、 概述

這是玻璃鋼應(yīng)用的一個(gè)新領(lǐng)域，玻璃鋼優(yōu)良的耐蝕性能意味著這種材料具有活潑、不污染的特性，理所當(dāng)然地成為高度清潔物品如貯存高純水、藥品、酒、牛奶之類(lèi)的可選用材料。國(guó)外近十年在這項(xiàng)領(lǐng)域有了較大的發(fā)展，美國(guó)日本均有加工這類(lèi)制品的專(zhuān)業(yè)工廠，在應(yīng)用方面積累了較多的經(jīng)驗(yàn)。據(jù)悉，國(guó)內(nèi)也已著手制定了這方面的規(guī)程，與一般耐腐蝕FRP不同，在食品、高純水領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)玻璃鋼有著嚴(yán)格的要求，并受到食品、衛(wèi)生檢驗(yàn)部門(mén)的法律限制。 

三、 食品級(jí)及高純水級(jí)設(shè)備制作要求

但為了使樹(shù)脂（尤其是不飽和樹(shù)脂）及其玻璃鋼制品達(dá)到食品級(jí)要求和高純水要求，必須明確規(guī)定其可用原材料范圍，采用合理的成型制造工藝及后處理工藝，并制訂各種符合實(shí)際應(yīng)用條件的標(biāo)準(zhǔn)。所有這些需要全行業(yè)科研、生產(chǎn)與管理部門(mén)協(xié)同努力才能做到。 

3.1 樹(shù)脂及輔料的選擇

食品級(jí)樹(shù)脂和食品級(jí)玻璃鋼制品是互相連貫而密不可分的兩個(gè)方面。要使玻璃鋼制品成為可經(jīng)常接觸食品的制品，必須先使樹(shù)脂成為食品級(jí)樹(shù)脂，樹(shù)脂中必須不含不利于身體健康的化學(xué)成分，或在單體狀態(tài)雖有害于健康但可確保在交聯(lián)固化后無(wú)害，所以在制作食品級(jí)FRP時(shí)，首先要選擇具有食品級(jí)認(rèn)證的樹(shù)脂。要求一般的可選用通用的鄰苯型不飽和聚酯，但要求較高時(shí)(如高純水)應(yīng)選用食品級(jí)乙烯基酯和食品級(jí)雙酚A型不飽和聚酯樹(shù)脂。但不能用環(huán)氧酚醛型乙烯基酯和氯化溴化等阻燃型不飽和聚酯。由于目前樹(shù)脂選擇的豐富性，所以選擇環(huán)氧樹(shù)脂用于食品級(jí)FRP容器的制作比較少，但環(huán)氧樹(shù)脂也可用于食品級(jí)制作，但應(yīng)該盡量選用水基環(huán)氧樹(shù)脂，或者選用大分子量的胺類(lèi)固化劑，而不應(yīng)T31等常規(guī)的環(huán)氧固化劑，所以一般廠家選用較少，在此就不詳述了。此外對(duì)不飽和樹(shù)脂用的固化劑的品種和用量均有規(guī)定：

（1）促進(jìn)劑  總量不能超過(guò)樹(shù)脂總重量的1.5％的可用的促進(jìn)劑有環(huán)烷酸鈷，環(huán)烷酸鈣；*0.4％的促進(jìn)劑有二甲基本胺、二乙基苯胺

（2）引發(fā)劑  總量不超過(guò)樹(shù)脂總重量的1.5％。如單獨(dú)用過(guò)氧化甲乙酮，總量可不超過(guò)2％。允許應(yīng)用的引發(fā)劑包括過(guò)氧化甲乙酮，過(guò)氧化苯酰，過(guò)氧化氯苯酰，過(guò)氧化月桂酰，過(guò)苯甲酸叔丁酯，異丙苯過(guò)氧化氫，過(guò)氧化二異丙苯，。

3.2 制造工藝

對(duì)成型工藝的要求是固化程度高，殘留苯乙烯含量低的玻璃鋼，玻璃鋼必須要后固化后，在使用前必須經(jīng)過(guò)清洗和消毒處理，有時(shí)設(shè)備表面還須用專(zhuān)門(mén)方法進(jìn)行處理，不同的處理方法效果也是不同的.在玻璃鋼容器存放高純水，水的電導(dǎo)性隨時(shí)間而增加，而用乙烯基酯樹(shù)脂比雙酚A型聚酯的電導(dǎo)增加要少；用甲法處理的比乙法要好，其指標(biāo)接近聚四氟乙烯容器里存放的高純水變化指標(biāo)，但在高純水流動(dòng)的設(shè)備里，經(jīng)24小時(shí)流動(dòng)后，電導(dǎo)就可保持恒定。在細(xì)菌檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，玻璃鋼容器中，隨著浸泡時(shí)間增加，細(xì)菌含量逐漸減少，其中以乙法處理的乙烯基酯樹(shù)脂為佳。純水中含金屬離子的測(cè)量表明玻璃鋼容器里基本不含K+、Na+，而Si離子隨時(shí)間增加浸泡含量恒定，但Cu、Zn離子隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，但從何處來(lái)尚不明確，而且與樹(shù)脂的種類(lèi)和處理方法無(wú)關(guān)。

3.2.1 玻璃鋼的固化程度控制    

食品級(jí)工業(yè)用的玻璃鋼要求固化*，固化程度高。因此，在不飽和樹(shù)脂的制作中，推薦使用過(guò)氧化甲乙酮、鈷促進(jìn)液和二甲基本胺復(fù)合的固化系統(tǒng)，但一般不推薦直接用BPO+DMA的固化系統(tǒng)，加入引發(fā)劑量要確定，如過(guò)氧化甲乙酮，通常為樹(shù)脂量的1％，只改變促進(jìn)劑的量來(lái)控制固化速度，溫度對(duì)固化速度有較大的影響，要控制適當(dāng)。固化速度太快，容易開(kāi)裂，生成聚合物分子量低，影響耐蝕性。

3.2.2殘留苯乙烯含量的控制    

殘留苯乙烯的量對(duì)食品級(jí)玻璃鋼制品是一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。殘留的苯乙烯給制品帶來(lái)難聞的臭味，遷移給接觸的食品，對(duì)健康也有輕度的影響。當(dāng)殘留苯乙烯含量低于0.1%，玻璃鋼性能呈蕞佳狀態(tài)，也達(dá)到了食品級(jí)玻璃鋼的衛(wèi)生指標(biāo)要求。   

降低殘留苯乙烯含量可采取以下措施：①表層制品，添加抑制苯乙烯散發(fā)劑，防止苯乙烯的損失而使固化不*；②若所用樹(shù)脂的苯乙烯含量低于40％，則需補(bǔ)加苯乙烯，否則交聯(lián)劑量不足，、造成固化不*；③施工溫度應(yīng)不低于15℃。 

3.2.3 FRP制品的后處理

遵循上述限定的原材料范圍及合理的成型工藝制得的FRP制品，還不能滿(mǎn)足食品級(jí)的要求。此時(shí)存在的突出問(wèn)題是殘余的游離苯乙烯會(huì)由玻璃鋼材料中遷移到所接觸的食品中。理論上講，在固化過(guò)程中聚酯分子中的不飽和雙鍵和苯乙烯單體中的雙鍵，在引發(fā)劑作用下，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)要進(jìn)行到全部單體消耗完才能停止。但是，一旦發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，樹(shù)脂黏度迅速增加，逐漸轉(zhuǎn)變成固態(tài)，反應(yīng)變得遲緩，制品中就存留有未反應(yīng)的苯乙烯單體。

手糊、噴射、纏繞、注射等各種成型方法如僅在室溫下固化，其苯乙烯殘余量很高。例如采用用量為1％的過(guò)氧化甲乙酮，加適當(dāng)環(huán)烷酸鈷固化樹(shù)脂，固化后苯乙烯殘余量可達(dá) 5％~11％，如在室溫下繼續(xù)存放5個(gè)月，殘余量可降為1％。而在食品容器用玻璃鋼中要求苯乙烯殘留量控制在0.1％左右。研究結(jié)果表明：為使玻璃鋼制品達(dá)到食品級(jí)要求，必須在室溫固化后，增加后固化工藝，并必須經(jīng)過(guò)終的蒸汽沖洗。美國(guó)FDA標(biāo)準(zhǔn)也明確規(guī)定：“終制品中所含已交聯(lián)反應(yīng)的聚酯樹(shù)脂，在第1次接觸食品前要經(jīng)過(guò)*清洗”。   

3.3 設(shè)計(jì)安裝上的要求

玻璃鋼的設(shè)計(jì)要有利于內(nèi)外清洗的方便，因此設(shè)計(jì)上對(duì)進(jìn)出口、接口、噴嘴及支撐等處均要特別考慮周到，此外對(duì)玻璃鋼接觸食品的表面要求每平方英寸內(nèi)玻璃鋼中的萃取物應(yīng)不超過(guò)0.1mg，因此，玻璃鋼單位面積所含容積的大小也有影響，一般大容器單位面積含容積大則要求低些，小容器則要求高。另外，由于食品直接與玻璃鋼接觸的是其表面層，因此對(duì)玻璃鋼表面更求嚴(yán)格，一般可采用多層結(jié)構(gòu)形式。表面層要求是符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求，具有好的防腐蝕性和防滲漏性。可采用膠衣或富樹(shù)脂層。 

4、食品級(jí)樹(shù)脂和玻璃鋼制品的標(biāo)準(zhǔn)

使用于食品級(jí)樹(shù)脂和玻璃鋼制品規(guī)定的原材料，采用食品級(jí)玻璃鋼制品的成型工藝以及采用后固化工藝和蒸汽沖洗，一般可以使玻璃鋼制品符合食品級(jí)要求，但為了確保達(dá)到這一點(diǎn)，必須制訂食品級(jí)樹(shù)脂和玻璃鋼制品的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

由于食品這一領(lǐng)域范圍很寬，食品的化學(xué)性質(zhì)、物理狀態(tài)各有不同，介質(zhì)環(huán)境(如溫度、壓力、有無(wú)振動(dòng)等)也各不相同，以及玻璃鋼制品的尺寸、形狀不同和成型工藝方法的不同因而實(shí)際上很難制訂出一個(gè)性能數(shù)據(jù)與檢驗(yàn)方法統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以必須根據(jù)實(shí)際情況分別制訂具體的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和適應(yīng)性較寬的方法標(biāo)準(zhǔn)。   在適應(yīng)面較寬的檢驗(yàn)方法方面，如殘余苯乙烯的檢測(cè)方法，在西歐通用氣相色譜分析法，對(duì)色譜儀的測(cè)定程序也有專(zhuān)門(mén)的說(shuō)明。測(cè)試時(shí)，試樣要磨細(xì)，用二氯甲烷萃取，物料細(xì)度、萃取溫度與時(shí)間等都會(huì)影響萃取效果，必須建立嚴(yán)格的操作規(guī)程，規(guī)定試樣要磨成粉末狀，在室溫25℃下萃取7天，然后用氣相色譜儀對(duì)萃取物進(jìn)行分析，測(cè)出苯乙烯殘余量。測(cè)定過(guò)程也相當(dāng)麻煩。

綜上所述，為了使不飽和聚酯樹(shù)脂及其玻璃鋼制品達(dá)到食品級(jí)要求，必須明確規(guī)定其可用原材料范圍，采用合理的成型制造工藝及后處理工藝，并制訂各種符合實(shí)際應(yīng)用條件的標(biāo)準(zhǔn)。所有這些需要全行業(yè)科研、生產(chǎn)與管理部門(mén)協(xié)同努力才能做到。