专利名称：一种用于检测包装材料耐腐蚀性的电解池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电解池，尤其涉及ー种用于检测包装材料耐腐蚀性的电解池。
背景技术：
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经涂层或覆膜的金属包装材料作为换代的包装材料已广泛应用于食品饮料行业，例如作为各种果汁，茶饮料，牛奶，番茄酱，午餐肉等产品的包装材料，随着人们对食品安全问题的日益关注，除了食品或饮料本身的质量，用于包装食品或饮料用的金属包装材料的安全性也成为人们关注的问题之一，其中最突出的就是检测金属包装材料对所包装物品的耐蚀カ如何。在使用金属包装材料包装食品或饮料之前，需要对该包装材料的耐腐蚀性进行检測，目前常用的检测方法例如通过使用电化学阻抗谱法(简称EIS法)进行的检测，然而现有的电化学阻抗谱法中使用的电解池为开放式非密封电解池，如图I所示，不能用于对样片(即待检测金属包装材料)在真实工作环境(例如在除氧密封环境下)中使用时的耐腐性状况进行检测，同时在存在氧气的环境中检测，空气中的氧气会加速电解液对样片的腐蚀，而且使用现有电解池时需要对待检测金属包装材料进行复杂的前处理，例如涂膜铁，需要对其样片四周漏铁区域或非检测区域进行封蜡的前处理才能保证检测的有效性，但这同时会造成系统误差以及封蜡过程出现的对金属包装材料的烫伤等问题，使得检测后的金属包装材料不能够重新利用。因此如何提供一种电解池在利用电化学阻抗谱法检测金属包装材料耐腐蚀性的过程能够模拟包装材料的真实使用条件，并且不需要封蜡等前处理減少系统误差，以及检测过程不会影响包装材料的质量，使检测后的包装材料可以重新利用，成为有待解决的问题。
发明内容
本发明提供ー种用于检测包装材料耐腐蚀性的电解池，通过设计特定的密封电解池的结构以及电解池中各电极的位置、形状和面积，解决了现有电解池在利用电化学阻抗谱法检测金属包装材料耐腐蚀性的过程不能模拟包装材料的真实使用条件，需要复杂前处理导致系统误差大，以及前处理容易引起金属包装材料损伤使得检测后金属包装材料不能重复利用的问题。本发明还提供了ー种用于检测包装材料耐腐蚀性的装置，具有上述电解池，该装置能检测实际使用条件下的金属包装材料耐腐蚀性，准确反映金属包装材料耐腐蚀性状况。本发明还提供了一种检测金属包装材料耐腐蚀性的方法，利用上述用于检测包装材料耐腐蚀性的装置进行检测，能够获得准确反映金属包装材料耐腐蚀性状况的数据。本发明提供的ー种用于检测包装材料耐腐蚀性的电解池，所述包装材料为经涂层或覆膜的金属包装材料，所述电解池为具有上盖、筒形侧壁、并以作为工作电极的待检测金属包装材料为底部的密封电解池，所述电解池中具有电解液，所述上盖设有參比电极入口和对电极入口 ；其中，所述底部置于ー底座上，所述上盖和底座之间通过螺栓固定，所述底部与侧壁之间、以及侧壁与上盖之间分别设置有密封圏，且所述密封圈能够在螺栓固定过程产生的压力作用下实现对所述电解池的密封；所述參比电极入口位于上盖的中心位置，參比电极浸入电解液中并与所述底部垂直，其电极引线通过该參比电极入口伸出电解池，并且所述參比电极的下端与所述底部之间的距离至少为Irnm ； 所述对电极入ロ位于上盖的中心位置ー侧，对电极为环形对电极，置于电解液中并与所述底部平行，并使所述參比电极位于其环形的中心；该环形对电极距电解液面的距离为电解液深度的1/2-2/3，且距底部的距离不大于參比电极与底部间的距离；该环形对电极的引线通过该对电极入口伸出电解池； 所述上盖上还设有惰性气体进气管和空气排出管。在本发明的一个方案中，所述待检测金属包装材料的外周缘与所述侧壁下端缘相重合，所述侧壁的下端表面设置有环形刻槽，所述密封圈置于该环形槽中，并套设在所述待检测金属包装材料的外周缘，并通过所述底座与上盖的固定实现所述底部与所述筒形侧壁之间的密封，所述工作电极的引线从所述待检测金属包装材料不与电解液接触的一面引出。在本发明的一个实施方式中，所述待检测金属包装材料的外周缘超出所述侧壁下端缘，所述侧壁的下端表面设置有环形刻槽，所述密封圈置于该环形槽中且该密封圈下缘抵顶于所述底部，并通过所述底座与上盖的固定实现所述底部与所述筒形侧壁之间的密封，所述工作电极的引线从所述待检测金属包装材料不与电解液接触的部分引出。进ー步的，所述上盖的外周缘超出所述侧壁上端缘，所述侧壁的上端表面设置有环形刻槽，所述密封圈置于该环形槽中且上缘抵顶于所述上盖，并通过所述底座与上盖的固定实现上盖与所述筒形侧壁之间的密封。在本发明的方案中，所述电解池的上盖与筒形侧壁均由具有可加工性的耐腐蚀材料制成，例如聚甲基丙烯酸甲酯(又称有机玻璃)、聚四氟こ烯或聚碳酸酯等材料。所述底座的材料可与所述电解池的上盖与侧壁的材料一致。所述密封圈由耐腐蚀的橡胶材料制成。进ー步的，为使电解池的检测数据更加真实反映待检测金属包装材料的耐腐蚀性能，作为电解池底部的待检测金属包装材料为平板形金属包装材料。更进一歩的，所述金属包装材料为覆膜铁。本发明方案中的电解液为所述待检测金属包装材料所要包装的液态食品或非液态食品的模拟液，所述模拟液为根据所述非液态食品的化学成分配成的溶液，例如不含或含有极少量固体不溶物(不影响电解液中电子流的形成)的各种果汁，茶饮料，牛奶，番茄酱汁以及午餐肉模拟溶液(配置的含有午餐肉中各种化学成分如蛋白质、脂类、碳水化合物、烟酸，矿物质钠和钾等的溶液)。当然本发明提供的电解池也可以使用其他常用的电解液进行预测试电解池的性能，例如硫酸钠溶液等。本领域技术人员可根据待检测的金属包装材料的不同以及电解液的不同选择合适类型的对电极以及參比电极，只要能够满足待检测金属包装材料的耐腐蚀性检测需要即可。在本发明的一个方案中，所述參比电极可以是饱和甘汞电极、汞I硫酸亚汞电极或银氯化银电极。进一歩的，所述对电极可以为圆环形不锈钢片或圆环形钼片，所述对电极的面积设置为所述底部面积的3/4-1倍。更进一歩的，所述对电极的引线可以为带有绝缘层的金属引线，所述參比电极外套设有鲁金毛细管。当所述參比电极外套设有鲁金毛细管时，參比电极的下端与所述底部之间的距离设置为所述鲁金毛细管的下端与所述底部之间的距离至少为1mm。本发明方案中通入的惰性气体可以是食品饮料包装过程通常使用的惰性气体，例如可以是高纯(99.99v/v%以上)的氮气或氩气等，只要能够保证检测过程的整个电解池内部处于基本无氧的状态(即惰性气体环境)即可。本发明提供的ー种用于检测包装材料耐腐蚀性的装置，包括所述电解池、惰性气体提供装置、电化学工作站和空气收集装置，所述电解池与惰性气体提供装置之间通过上盖的惰性气体进气管连接；所述电解池与电化学工作站之间通过參比电极引线、对电极引 线以及工作电极引线连接；所述电解池与空气收集装置之间通过上盖的空气排出管连接。所述惰性气体提供装置上一般设有调节阀，用于调节惰性气体通入电解池速度，本领域技术人员可根据需要选择合适的速度，只要能够满足检测过程对于惰性气体环境形成时间的需要，并且能够不引起待检测金属包装材料在检测之前或检测过程中的氧化腐蚀即可。本发明提供的一种检测金属包装材料耐腐蚀性的方法，采用所述的用于检测包装材料耐腐蚀性的装置进行检测，包括将所述惰性气体提供装置与所述电解池上盖的惰性气体进气管连通，将所述空气收集装置与所述电解池上盖的空气排出管连通，向所述电解池中通入惰性气体，将所述电解池中的空气排出到所述空气收集装置中，使所述电解池中形成惰性气体环境；将所述电解池的參比电极引线、对电极引线以及工作电极引线连接至所述电化学
工作站；利用所述电化学工作站，根据电化学阻抗谱法获得所述待检测金属包装材料的电化学阻抗值。在本发明的使用电化学阻抗谱法检测金属包装材料耐腐蚀性过程中，本领域技术人员可根据所要检测的金属包装材料的不同，以及电解液的不同，选择合适的參数(例如合适频率的正弦波扰动信号，以及正弦波扰动电位，正弦波扰动时间等)来进行电化学阻抗值检测，这对本领域技术人员来说是常规的技木。本发明提供的ー种用于检测包装材料耐腐蚀性的电解池、装置和方法具有以下优点I)无需对待检测金属包装材料进行复杂的前处理，直接进行测试即可，降低了系统误差，同时避免了对待检测金属包装材料不必要的损伤，如封蜡过程中的烫伤，使得检测后的金属包装材料没有损伤可以重复利用。2)由于检测后的金属包装材料没有损伤，因此本发明提供的电解池也可以重新利用，即在不更换待检测金属包装材料的情况下，对其在不同种类的电解液中的耐腐蚀性进行检测，进而获得待检测金属包装材料对不同电解液的耐腐蚀性能，减小检测过程的系统误差。
3)由于本发明电解池在充有惰性气体的封闭环境下工作，并且可直接使用待检测金属包装材料所要包装的液体物质或固体物质的模拟溶液作为电解液，因此能够模拟待检测金属包装材料实际使用时的环境，获得待检测金属包装材料对实际所要包装的液体物质或固体物质的耐腐蚀カ的真实数据。4)本发明提供的电解池中各电极的位置、形状和面积的设置，以及在參比电极外套设鲁金毛细管均可提高所述电解池的检测准确性。
图I为现有技术的电解池的结构示意图；图2为本发明电解池的结构示意图；
图3为本发明的另ー个电解池的结构示意图。符号的说明I :对电极引线，2 :參比电极引线，3 :惰性气体进气管，4 :空气排出管，5 :对电极，6 :參比电极，7 :密封圏，8 :底部(即工作电极待检测覆膜金属包装材料)，9 :底座，10 :定位螺栓，11 :工作电极引线，12 :上盖。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但以下实施例不能理解为对本发明的可实施范围的限定，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。实施例I检测用于包装午餐肉的覆膜铁的耐腐蚀性使用本发明ー种用于检测包装材料耐腐蚀性的装置进行检测，该装置包括电化学工作站，氮气罐，空气收集装置以及图2所示电解池。I)样片和标准片的准备将覆膜铁剪裁为其外周缘与所述侧壁下端缘相重合的样片，用酒精清洗，去除表面油溃以及杂物，然后用蒸馏水清洗和干燥，焊接引线后作为工作电极，工作电极的引出方式例如可以是在底座上设置工作电极引线出口，使得工作电极引线可以从所述待检测覆膜铁样片不与电解液接触的一面，通过该工作电极引线出口引出；使用已知耐腐蚀性为5X108的覆膜铁作为标准片，将其剪裁为外周缘与所述侧壁下端缘重合的标准片，用酒精清洗，去除表面油溃以及杂物，然后用蒸馏水清洗和干燥，焊接引线后作为工作电极，工作电极的引出方式例如可以是在底座上设置工作电极引线出ロ，使得工作电极引线可以从所述待检测覆膜铁标准片不与电解液接触的一面，通过该エ作电极引线出口引出。2)使用本实施例提供的电解池进行覆膜铁耐腐蚀性能检测本实施例提供的电解池为具有上盖、筒形侧壁、并以作为工作电极的待检测覆膜铁样片为底部的密封电解池，所述电解池中具有电解液(即午餐肉模拟液)，所述上盖设有參比电极入ロ和对电极入ロ，所述筒形侧壁的下端表面设置有环形刻槽，所述上盖的外周缘超出所述筒形侧壁的上端缘，所述筒形侧壁的上端表面设置有环形刻槽。
所述底部8(即工作电极待检测覆膜铁样片)放置在底座9上，工作面(即与午餐肉模拟液直接接触的一面)置上，密封圈7置于所述筒形侧壁下端表面设置的环形槽中，并套设在所述底部8的外周缘，另ー密封圈(未显示)置于所述筒形侧壁的上端表面设置的环形槽中且上缘抵顶于所述上盖12，通过所述底座9与上盖12的固定实现所述底部8与所述筒形侧壁之间，以及所述上盖12与所述筒形侧壁之间的密封；所述底座9与上盖12的固定通过旋紧设置在电解池上盖12与底座9之间的4个定位螺栓10实现；參比电极6(饱和甘汞电极)入口位于上盖的中心位置，參比电极6浸入电解液中并与所述底部垂直，其电极引线通过该參比电极入口伸出电解池，并且所述參比电极的下端与所述底部之间的距离至少为Imm;所述对电极5 (环形不锈钢片)入口位于上盖的中心位置ー侧，其电极引线通过所述对电极入口伸出电解池，所述对电极5置于电解液中并与所述底部平行，并使所述參比电极位于其环形的中心；该环形对电极距电解液面的距离为电解液深度的1/2，且距底部的距离不大于參比电极与底部间的距离； 所述上盖上还设有惰性气体进气管3和空气排出管4，所述惰性气体进气管3用于将电解池与氮气罐连通，以向电解池中通入高纯(99. 99v/v%以上)氮气，该氮气罐上设有调节阀用于调节氮气流量，一般可调节为每分钟6-7个气泡，满足检测过程对于惰性气体环境形成时间的需要(即及时赶走溶液的氧气又不影响检测)，所述电解池与空气收集装置之间通过上盖的空气排出管4连接，通过该空气排出管4将电解池中的空气排出到所述空气收集装置中，使整个电解池在检测过程处于基本无氧的状态(即惰性气体环境)。所述电解池与电化学工作站之间通过參比电极引线2、对电极引线I以及工作电极引线11连接。利用所述电化学工作站，根据电化学阻抗谱法获得所述待检测金属包装材料的电化学阻抗值，包括设置工作电极的面积(即所述筒形侧壁的底面积)，參比电极类型和參比电位，设置正弦波扰动信号起始频率为99kHz，正弦波扰动信号终止频率为9mHz，设置正弦波扰动电位幅值为10mV，检测10-15分钟，采集数据。所述高纯度的氮气以及密封圈7均为商购产品,密封圈7为橡胶密封圈,购自五金商店，所述电解池的侧壁和上盖的材料均为聚四氟こ烯，购自化玻站，所述午餐肉模拟液是配置的含有午餐肉中各种化学成分如蛋白质、脂类、碳水化合物、烟酸，矿物质钠和钾等的溶液。使用覆膜铁标准片作为工作电极时的检测过程与上述待检测覆膜铁样片的检测过程相同。3)数据采集按设定好的參数分别对覆膜铁样片和覆膜铁标准片的耐腐蚀カ进行检测，采集到数据为
权利要求
1.ー种用于检测包装材料耐腐蚀性的电解池，所述包装材料为经涂层或覆膜的金属包装材料，其特征在于，所述电解池为具有上盖、筒形侧壁、并以作为工作电极的待检测金属包装材料为底部的密封电解池，所述电解池中具有电解液，所述上盖设有參比电极入口和对电极入口 ；其中， 所述底部置于ー底座上，所述上盖和底座之间通过螺栓固定，所述底部与侧壁之间、以及侧壁与上盖之间分别设置有密封圏，且所述密封圈能够在螺栓固定过程产生的压力作用下实现对所述电解池的密封； 所述參比电极入口位于上盖的中心位置，參比电极浸入电解液中并与所述底部垂直，其电极引线通过该參比电极入口伸出电解池，并且所述參比电极的下端与所述底部之间的距离至少为1_ ； 所述对电极入口位于上盖的中心位置ー侧，对电极为环形对电极，置于电解液中并与所述底部平行，并使所述參比电极位于其环形的中心；该环形对电极距电解液面的距离为电解液深度的1/2-2/3，且距底部的距离不大于參比电极与底部间的距离；该环形对电极的引线通过该对电极入口伸出电解池； 所述上盖上还设有惰性气体进气管和空气排出管。
2.根据权利要求I所述的用于检测包装材料耐腐蚀性的电解池，其特征在于，所述待检测金属包装材料的外周缘与所述侧壁下端缘相重合，所述侧壁的下端表面设置有环形刻槽，所述密封圈置于该环形槽中，并套设在所述待检测金属包装材料的外周缘，并通过所述底座与上盖的固定实现所述底部与所述筒形侧壁之间的密封，所述工作电极的引线从所述待检测金属包装材料不与电解液接触的一面引出。
3.根据权利要求I所述的用于检测包装材料耐腐蚀性的电解池，其特征在于，所述待检测金属包装材料的外周缘超出所述侧壁下端缘，所述侧壁的下端表面设置有环形刻槽，所述密封圈置于该环形槽中且该密封圈下缘抵顶于所述底部，并通过所述底座与上盖的固定实现所述底部与所述筒形侧壁之间的密封，所述工作电极的引线从所述待检测金属包装材料不与电解液接触的部分引出。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于检测包装材料耐腐蚀性的电解池，其特征在于，所述上盖的外周缘超出所述侧壁上端缘，所述侧壁的上端表面设置有环形刻槽，所述密封圈置于该环形槽中且上缘抵顶于所述上盖，并通过所述底座与上盖的固定实现上盖与所述筒形侧壁之间的密封。
5.根据权利要求I所述的用于检测包装材料耐腐蚀性的电解池，其特征在于，所述对电极的引线为带有绝缘层的金属引线，所述參比电极外套设有鲁金毛细管。
6.根据权利要求I所述的用于检测包装材料耐腐蚀性的电解池，其特征在于，所述參比电极为饱和甘汞电极、汞硫酸亚汞电极或银氯化银电极。
7.根据权利要求I或6所述的用于检测包装材料耐腐蚀性的电解池，其特征在于，所述对电极为圆环形不锈钢片或圆环形钼片，所述对电极的面积设置为所述底部面积的3/4-1倍。
8.根据权利要求I所述的用于检测包装材料耐腐蚀性的电解池，其特征在于，作为电解池底部的待检测金属包装材料为平板形金属包装材料。
9.根据权利要求1-7任一项所述的用于检测包装材料耐腐蚀性的电解池，其特征在于，所述电解池中的电解液为所述待检测金属包装材料所要包装的液态食品或非液态食品的模拟液，所述模拟液为根据所述非液态食品的化学成分配成的溶液；所述金属包装材料为覆膜铁。
10.ー种用于检测包装材料耐腐蚀性的装置，其特征在于，包括权利要求1-9任ー项所述的电解池、惰性气体提供装置、电化学工作站和空气收集装置，所述电解池与惰性气体提供装置之间通过上盖的惰性气体进气管连接；所述电解池与电化学工作站之间通过參比电极引线、对电极引线以及工作电极引线连接；所述电解池与空气收集装置之间通过上盖的空气排出管连接。
11.一种检测金属包装材料耐腐蚀性的方法，其特征在干，采用权利要求10所述的用于检测包装材料耐腐蚀性的装置进行检测，包括将所述惰性气体提供装置与所述电解池上盖的惰性气体进气管连通，将所述空气收集装置与所述电解池上盖的空气排出管连通，向所述电解池中通入惰性气体，将所述电解池中的空气排出到所述空气收集装置中，使所述电解池中形成惰性气体环境； 将所述电解池的參比电极引线、对电极引线以及工作电极引线连接至所述电化学工作站； 利用所述电化学工作站，根据电化学阻抗谱法获得所述待检测金属包装材料的电化学阻抗值。
全文摘要
本发明提供一种用于检测包装材料耐腐蚀性的电解池，所述电解池为具有上盖、筒形侧壁、并以作为工作电极的待检测金属包装材料为底部的密封电解池，所述电解池中具有电解液，底部与侧壁之间、以及侧壁与上盖之间分别设置有密封圈对电解池进行密封；参比电极的下端与底部之间的距离至少为1mm；对电极为环形对电极，置于电解液中并与所述底部平行，并使参比电极位于其环形的中心；该环形对电极距电解液面的距离为电解液深度的1/2-2/3，且距底部的距离不大于参比电极与底部间的距离；上盖上还设有惰性气体进气管和空气排出管。所述电解池能够模拟包装材料的真实使用条件，减少检测过程的系统误差，检测后的包装材料可以重新利用。
文档编号G01N17/02GK102706795SQ20121017224
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者宋莉华, 王佳, 赵宇晖 申请人:奥瑞金包装股份有限公司