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PET啤酒瓶包装及纳米改性技术应用分析二

时间:2022-04-28 来源网站:西安化工机械网

PET啤酒瓶包装及纳米改性技术应用分析(二)

(三)PET瓶成型工艺

PET瓶主要是利用双向拉伸成型,生产过程可分为一步法和两步法。对于不同用途的PET瓶,其一步法和两步法的定义不尽相同。

1、冷灌装PET瓶的成型工艺

冷灌装PET瓶的工艺程序为:管坯注塑→管坯温度调整→拉伸吹塑→制品取出。冷灌装PET瓶的一步法和两步法工艺流程基本一致,不同点在于一步法的整个工艺过程在一台注、拉、吹成型机上完成;而两步法的瓶坯制备和拉伸吹塑分别在两台独立的机器上完成。一步法又称热成型法,这种方法成型的管坯在注塑工位成型后,直接送到下一个工位调节温度,然后转移到再下一个工位拉伸吹塑,自动化程度高,耗能少;而两步法则是在管坯生产后放置24h以上,再进行加热、拉伸吹塑,自动化程度低,耗能也高,但设备简单,投资小,使用和维修容易。

2、热灌装PET瓶的成型工艺

热灌装PET瓶的工艺是在冷灌装PET瓶的工艺基础上展起来的。由于热灌装PET的特殊要求,其一步法和两步法的成型工艺流程不再一致。热灌装PET瓶的瓶口有特殊的要求,一步法要求在成型瓶坯时对瓶口作相应处理;而两步法只要求在再加热前进行处理即可。一般而言,如果瓶口材料用PC,则可用一步法和两步法成型,成型时先成型瓶口后再用嵌件注塑的方法或采用共注塑法生产出瓶口不再收缩的瓶坯:如果瓶口与瓶身都用PET树脂,则只能用两步法加工(这里的两步法与冷灌装PET瓶的两步法定义的内容不一致,只是沿用而已,因为这里所谓两步法生产的热灌装PET瓶的瓶口结晶定型是在独立的机器上完成的)。热灌装PET瓶的一步法生产工艺流程为:PET树脂→干燥→共注塑或嵌件成型管坯→管坯温度调节→拉伸吹塑→高温热定型→冷却定型→制品取出→成品。对两步法而言,如果用上述一步法生成的管坯,则流程与一步法的流程基本一致;但如果瓶口瓶身用同种类的PET树脂,则工艺过程为:PET树脂→干燥→瓶口结晶→管坯再加热→拉伸吹塑→高温热定型→冷却定型→制品取出→成品。这也是目前做热灌装PET瓶用得较多的方法。

3、PET啤酒瓶的成型工艺

PET啤酒瓶的成型工艺过程也是在冷灌装PET瓶的工艺基础上发展起来的。但相对于以上两种PET瓶来说,由于啤酒瓶要求氧气透过率非常小,并要求具有一定的避光能力,所以对PET瓶的结构和成分要求都发生了变化(这也是PET瓶经过这么多年才逐渐在啤酒行业运用的直接原因)。目前较流行的PET啤酒瓶加工工艺一类是以法国西得勒(Sidel)公司的镀层法(即在瓶子的内表面镀一层SiOx膜或碳膜),即用冷灌装PET瓶的生产工艺先生产出普通的PET瓶,然后对之进行内表面镀层加工;另一类是以美国和日本等公司开发的多层复合PET瓶,其加工艺与冷灌装PET瓶的不同点在于其管坯加工是通过共注塑成型的三层复合管坯。

(四)几种新型的纳米聚酯塑料及包装应用

1、PET瓶表面阻隔层涂复技术

利用氧化硅等表面涂层改善PET薄膜的阻隔性能已在工业中得到实际应用,人们亦试图通过在PET瓶壁上采用真空涂复的办法来提高PET瓶的阻隔性,满足啤酒包装的需要,但由于涂层强度差,至今尚未实用化。

日本日精ASB机械株式会社和法国西得乐(Sidel)公司积极推广表面涂覆PET啤酒瓶技术,基本原理都是采用等离子沉积表面涂覆技术,在塑料瓶内壁形成一层阻隔层。

这种称为AC-TIS阻隔层(无定性碳处理内表面)的新技术是藉着把乙炔气体在真空条件下送进瓶内,然后利用微波的能量,把乙炔转化为等离子状态。这种等离子会以无秩序的方式,高速地在瓶子内运动,当高能量的离子碰到瓶的内壁时,会陷入到内壁的表面,最终凝聚并生成一层厚度为0.1um的高度氢化无定型碳的固体薄膜,该镀层极易回收再利用,环保适应性好。对O2的阻透性比纯PET瓶提高了30倍,对CO2的阻透性提高了7倍。可比PET瓶延长啤酒保质期达六个星期以上。瓶壁中影响饮料品味的乙醛的迁移性减少6倍。Sidel公司生产的第一种商用设备Actis20每小时可处理1万个最大容积为0.6L的PET瓶。据称在满足啤酒瓶阻隔性能的前提下,其成本低于玻璃瓶和铝罐。因此ACTIS技术被认为是一种PET瓶高阻隔性的比较理想的方法。而日精ASB开发DLC蒸气沉积技术,具体涂覆过程按以下步进行:完成拉伸吹塑的瓶会被安排每次八个一组送进HBB-8的涂装室中,然后抽出空气,形成真空状态。利用一条管子把乙炔气通过瓶颈引入瓶内。以高频电流作用在电极上,这时,涂装室为外电极,乙炔管为内电极;由于电流放电作用把乙炔分解为离子碳和离子氢,离子碳和离子氢在瓶子内表面相结合,形成精细的涂层。

这种通过蒸汽沉积的碳基涂层,其厚度为20nm~40nm,其比普通PET瓶阻气性大20倍,防CO2的渗透性提高七倍,防H2O渗透性提高了八倍,防紫外线能力亦有增强。 2、带阻透性涂层的PET瓶

采用各种高阻透性涂料和涂覆技术,在PET瓶的内或外表面,形成很薄的阻透层,也可有效地延长PET瓶装啤酒的货架期。其中等离子体涂覆技术从1999年以来成为竞相开发、应用的热点。

(1)等离子体涂覆“无定形碳”涂层

日本麒麟啤酒公司与三菱商事公司、吹瓶机制造商日精ASB机械公司和等离子体化学蒸汽沉积(CVD)装置制造商Youtec公司合作,较早开发出PET瓶的等离子CVD涂覆专利技术。该技术是在PET瓶内外抽真空,瓶内充填甲烷、乙炔等烃类气体,瓶外侧用高周波或微波放电,使瓶内的烃类气体分解、等离子体化,产生的碳离子、氢离子一同蒸着于瓶的内壁,形成厚度仅0.02~0.04μm的“钻石状碳”(DLC)涂层。据称,这种涂覆瓶的气体阻透性是普通PET瓶的10倍以上,可与玻璃玻璃瓶匹敌,且涂层柔软,不易龟裂。现在开发实用化的生产设备,使之商业化。据报道,这些日本公司看到传统的啤酒瓶包装容器在中国供不应求,因此,打算首先在中国推广应用他们的这项技术。

(2)PET啤酒瓶阻透工艺

日本三菱商事塑料公司,日精ISB机械公司和尤泰克公司日前宣布,三家公司已联合开发出PET瓶内贴膜技术,可在瓶内均匀地贴上一层厚度为20~30nm的碳酸膜,达到玻璃瓶同等的防渗效果,500mL的啤酒瓶重30g,为玻璃瓶的1/10。

瑞士Geneva的Tetra公司和东京的Toyo Seikan公司开发的PET瓶拉坯吹塑的三合一新阻隔技术可能对啤酒包装市场产生很大的影响。Toyo Seilan公司开发了称为S-Cosmos的新型拉吹塑系统作为配套,可生产耐热和耐压的500mlPET,它可经受75℃以下400min的巴氏灭菌法的条件,并可按30000个/小时的速度生产。

杜邦公司还开发了一项被称为“透明的铝”的外涂覆技术。这种涂覆瓶的阻透性是普通PET瓶的30~40倍,现正进行测试,已接近于商业化。

3、提高阻透性/耐热性的纳米技术

德国Krupp Corpoplast、日本Toyo Seikan和美国Plastic Solutions Molding等公司开发了各自的分别名为“Mono Therm”、“S-Cosmos”和“Cr-yopak”的热定形技术,可显著提高PET瓶的结晶度和耐热性,例如分别从20%和85℃左右提高到39%~42%和120℃,使之适于灌装后进行原位巴氏灭菌啤酒的包装,而无需设计采用加强筋和加强板。这些热定形技术尚需与阻透涂覆技术结合使用,以达到要求的货架期。

我国中科院化学所和物理所另辟蹊径,进行PET/蒙脱土纳米复合材料及其应用的探索研究,已用之制成半透明的啤酒瓶样品,阻透性比PET瓶高3~4倍,耐热性也有所改善。

聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)主要用于纤维、瓶材和薄膜,工程塑料用量只占其总产量的很小一部分。作为工程塑料,PET树脂的性能十分诱人,但其熔体强度差、结晶速度慢、尺寸稳定性差,难以满足工业上快速成型的需要。世界上各大公司纷纷投入大量人力物力,开发出了各种快速结晶成核剂,从而提高了PET的结晶速率,但由于这些成核剂价格昂贵,制约了PET工程塑料的大规模应用。中科院化学所发明的PET聚合插层复合技术,将有机蒙脱石与PET单体一起加入到聚合釜中,成功地制备了PET纳米塑料(NPET)。NPET的熔体黏度和结晶速度显著提高,克服了普通PET树脂加工中常见的“流淌”弊端,改善了材料的加工性能及制品性能。与普通PET相比,NPET的阻燃性能也得到了很大改善,而且具有自熄灭性。结合NPET开发出的增强阻燃型NPET工程塑料,经权威部门测试,各项性能指标均达到或超过了国内外PET工程塑料产品(见表3),可以制作各种电器部件,代替价格昂贵的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂。NPET的阻隔性较纯PET有了很大改善,符合食品包装要求,可直接用来吹制啤酒、饮料、农药和化妆品的包装瓶。

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