1、包装用聚酯容器的发展概述料包装 2001 年第 11 卷第 3 期包装用聚酯容器的发展概述摘要本文扼要地介绍了当前包装用聚酯(PET)容器的基本特征,唧容器的品种厦其应用领域,讨论了提高 PET 瓶耐热性的各种方法 ,提出了当前我国发展PET热灌装瓶应以热定型为主的主张:围绕啤酒包装方面的应用 ,简要地介绍了提高PET瓶对气体的阻隔性的多层共吹塑技术及其活化技术的应用以厦 PET 瓶的容器内壁涂复处理技术的基本情况通过比较 PEN(聚萘:甲酸乙二醇酯)和 PET 的特性,阐明了PEN 瓶在热灌装,高阻隔性以厦重复灌装使同等方面的优势 ,展示了开发应用PEN 瓶在聚酯客器升级换代中的重要性,同时
2、指出,PEN 瓶之开发应用 ,在当前面临降低生产成本这个十分敏感的现实问题关键词 PEr 瓶_T- 艺应用涂复技术 PET 与 PEN 瓶热灌装包装用聚酯容器.目前使用最广,最为重要的是聚苯二甲酸乙二醇酯(PET1双向拉伸吹塑瓶:PET 瓶于十九世纪七十年代首先由杜邦公司研究成功,由于其性能优越,其问世后受到塑料界的高度重视,特别是 PET 双向拉伸吹塑瓶的成型工艺和设备不断趋于完善以及随着PET 瓶用级树脂生产技术的不断提高,生产规模的不断扩大,PET 料的成本大幅度下降,大大推动了 PET 瓶的开发应用.现在 PET 瓶已成为塑料容器中应用最为广泛的品种之一:据有关方面报道,我国目前已有年
3、产近百亿只 PET 瓶的生产能力,年产 PET 双向拉伸吹塑瓶的量已达数十亿只之多,但在我国 PET 瓶的品种较为单一.基本上还局限于普通级双向拉伸吹塑瓶的范围之内.本文拟在对聚酯容器作一般性介绍的基础上,再对聚酯瓶方面的新进展作一个较为全面的,概略的介绍,以供塑料界特别是从事聚酯瓶设备制备及容器生产的同仁在开发新品时参考.一,PET 容器的基本特征PET 容器的基本特点可归纳为三个方面,即使用性能优良,生产成本低廉以及对环境保护的适应性强,下面分别作简要说明.(一)使用性能优良PET 容器的使用性能优良,集中地表现在物理力学性能优,耐化学药品性好,卫生性能可靠等方面.1.物理力学性能优.PE
4、T 容器物理力学性能优可列举出:(1)高透明性:PET 容器的透光率可2001 年第【l 卷第 3 期塑料包装高达 90%以上,属高透明级塑料,对所包装的物品有良好的展示性能:l2)力学强度高.PET 瓶具有良好的力学性能,特别是 PET 双向拉伸吹塑瓶.由于双向拉伸过程中 PET 大分子的定向作用,其力学强度更大幅度提高.PET 瓶与 PVC 瓶力学性能的比较见表 1I12.阻隔性能与保香性能良好:PET 瓶对氧,二氧化碳等非极性气体的性阻隔性均相当不错,明显地优于PS,PE 及 PP 等通用塑料.其对水蒸汽的阻隔性亦明显地高于 Ps 而略低于 PE 和PP 的水平,见表 2与常用的几种塑料
5、相比,在保香性方面,肿更是塑料中的姣姣者,见表 3【】J.(4)广阔的使用温度范围.PET 的耐寒性好,即使在一 20oC 的低温环境中亦表现出良好的韧性;普通 PET 双向拉瓶与 PET 非拉伸瓶的耐热性较差.仅 60oC左右,但经特定加工的 PET 双向拉伸瓶可耐 85oC 以上的热灌装,结晶性 PET 片材热成型容器(CPET),甚至可耐 2oooC的高温,这样高的耐热性,在塑料容器是少见的2.耐化学药品性好PET 化学稳定性好.表现在有优良表 1 几种塑料瓶力学性能之比较PET 双向拉伸瓶 PET 挤出吹塑瓶 PVC 挤出吹塑瓶轴向园周方向轴向圆周方向轴向圆周方向拉伸屈服强度 MPa8
6、5,】95.346,】44.845744,3拉伸断裂强度 MPa158.7169260.768.539136.4断裂伸长率%8o.155.3340350134169落锤冲击强度 J(12.7nml 落锤)3.03.03.03.01.01.0表 2 几种塑料阻隔性能之比较币日透/cIIlII(.透 C/c?llllII?透水蒸汽/g-nllll-“24h?0.1MPa 卜 rm?24II?0.1MPa)(-24/1)PET(t拉伸)5.0121.0PET(双向拉伸)2.06.0062HDPE(tt拉伸 )7.2210041PP(t拉伸)832800.30PIP(双向拉伸)40130012PS(双
7、向拉伸)1206403.1PVC(硬质非拉伸)5.210.0O.71PVC(硬质双向拉伸)3.36.00.6038 料包装 2o01 年第 11 卷第 3 期表 3 塑料保香 rl 生的比较PFTPVC(非增塑 )P,C(增塑)PAPCU)PE华尼拉香料桔橙香料X柠檬香料 0咖喱粉0X 大蒜制剂 咖啡粉 X-可可0 红茶日本茶 蕊墨鱼腌火葱X 的耐油性,耐有机药品性和良好的耐酸性并有适度的耐碱性,故可用于多种物质的包装.PET 的耐药品性见表 43.卫生性能可靠:PET 卫生性能的可靠性已为人们普遍认同,经 FDA 认可.PET 可用于直接与食品,医药品接触的包装容器;(二)成本低廉目前 PE
8、T 树脂的价格已降到接近于万元/T 的低价位,且由于 PET 的强度高(特别是经过以向拉伸的 PET 瓶),可以设计,制造成壁薄的容器以降低单耗,加上 PET 双向拉伸吹塑瓶可以采用价格低廉的二步法吹塑设备.或生产效率高的一步法吹塑生产(生产线年产量达 1 亿个以上),成型加工成本亦相当低,因此表 4PET 的耐药品性药品盐酸 15%盐酸 30%硝酸 30%硝酸 60%硫酸 60%硫酸 80%苛性钠 10%评价C药品苛性钾 10%硫酸钠 10%氯仿四氯化碳氟里昂乙醇醋酸乙烯评价药品丙酮芷二甲苯四氯乙烷热甲酚硝基苯邻氯酚评价药品苯酚氯苯苯甲酸甲酯水杨酸甲酯萘满评价膨润膨润膨润膨澜嘭润注_(1)测
9、试条件 :30提 2o 天:(2 符号:优 0 良,尚可 :2001 年第 11 卷第 3 制塑料包装 39PET 双向拉伸帆的价格,巳能与 PE,PP,PVC 等通用塑料瓶相抗衡.(三)环境适应性好废弃 PET 瓶粉碎,清洗,干燥之后可直接塑化造粒而再生利用,用于生产PET 纤维,农药瓶,打包带等且在运作上有较大的获利空间;废弃 PET 瓶也可经化学反应降解回收单体而加以利用此外废弃 PET 瓶还可通过燃烧而回收热能,它在燃烧时仅生成二氧化碳和水而不产生任何危害环境或者危害人体健康的有害物质,不致造成环境的影响.因此PET 容器已被人们普遍认为是环境适应性最佳的塑料品种之一.二,PET 容器
10、的品种根据生产方法的不同 PET 容器可分为 PET 吹塑容器和 PET 热成型容器二个大类,在 PET 吹塑容器中,又有 PET 直接挤出吹塑容器和 PET 双向拉伸吹塑容器二种,而在热成型容器中,则有 M?ET 容器(非结晶型 PET 片材热成型容器)和CPET 容器(结晶 PET 片材热成型容器)之分.1.PET 直接挤出吹塑容器它是采用特种高粘度 PET 耐脂.通过常规的挤出吹塑工艺而制得的,曾用于眼药瓶等小型容器.由于生产 PET 直接吹塑容器,需要使用特定的高粘度PET 树脂,原料成本较高,制得的容器无特别的优点(力学强度,阻隔性等还较PET 双向拉伸吹塑容器差),随着 PET 双
11、向拉伸瓶生产工艺及设备完善与进步,直接挤出 PE1瓶的生产已不多见:2.PET 双向拉伸吹塑容器PFT 双向拉伸吹塑容器,是 PET 容器中的主要品种,在 PET 容器中占有极大的比例.例如在美国 PET 双向拉伸吹塑瓶占整个 PET 容器量的 9o%以上,在我国亦有类似的情况.PET 双向拉伸吹塑瓶的生产过程,通常是先用注射成型的方法制得试管状的 PET 型坯,然后通过冷却,加热(或者调温处理】使其达到适于吹塑成型的温度,用拉伸降使之纵向拉伸并用压缩空气吹塑制得最终产品,根据型坯制造与拉伸吹塑装置配置之不同,PET 拉伸吹塑又有一步法(二装置配置在同一设备中.从 PET 粒料至产品在同一设备
12、中完成)和二步法(型坯成型和拉伸吹塑分别在地设备中进行)之分.不管采用哪种成型方法,目前生产应用的 PET 双向拉伸吹塑瓶均以 1.5 升容量以下的小瓶为主,最大的 PET 双向拉伸吹塑瓶的容器电不过 5 加仑(20 升)左右.采用双向拉伸吹塑的方法,既可吹制小口瓶亦可吹制广口瓶,以适应不同物品包装的需要,目前生产应用最多的是小口径 PET 双向拉伸瓶.3.APET 容器M:ET 容器是由非结晶性 PET()ET)片村经热成型加工而制得,因而只能制盒,杯,盘之类的敞口容器._PET具有和 P,c 片材极其相似的成型性能,可以将 PVC 片材成型所用的真空成型设备,模具以至成型工艺,原封不动地用
13、塑料包装 2001 年第 11 卷第 3 期于 AI?ET 片材的成型 ,而且 APET 容器具有 PVC 容器同样的高透明,高光泽等优点,叉具有 PVC 容器所没有的,良好的环境适应性,因此 APET 容器被认为是PVC 片材热成型容器的一种最理想的替代产品.4.CPET 容器CPET 容器由结晶 PET(CPET)片材经热成型而制得.CPET 片材的热型性较差,不能采用真空成型的方法成型,而采用空压或压力成型的方法成型:由于CPET 片材结晶度高,因此不具备透明性,但高结晶度赋予了其很好的耐热性,可在 200的高温下使用.从应用上看 PET 吹塑瓶主要用于液体包装其中包括饮料包装(含碳酸的
14、饮料可乐,果汁,矿泉水,纯水,荼汁等 j,食用油,调味品(酱油,沙司等),化妆品,洗涤剂,农药等,也用于医药品,糖果等商品的包装;APET 容器则主要用于替代PVC 透明片制得的热成型容器,用于日用杂品等包装;CPET 容器主要用于微波炉用容器,发挥其耐高温的特性.三,聚酯容器的进展(一)耐热 PET 容器耐热 PET 容器,亦称热灌装 PET 容器,其工业化生产始于十九世纪八十年代末期,至今已有较长的历史,在国外应用亦相当普遍,但目前国内生产应用不多,且新的生产工艺路线仍在不断开发之中,因此我们不防将耐热 PET 瓶作为PET 容器进展中的一个重要内容来加以探讨热灌装瓶的开发应用主要是为了适
15、应乌龙茶,果汁之类的饮料包装的需要,因为这些商品在生产中,产品要求热灌装,普通 PET 双向拉伸瓶的热变形温度较低,仅近 70.C,温度高时构成瓶的 PET大分子产生解定向,表现出瓶子的宏观变形与收缩,导致这类瓶只能在 60以下的低温环境中使用.为适应热灌装的需要人们研究了多种提高 PET 瓶耐热陛的方法,并实现了商品化生产,在以乌龙茶等茶汁为饮料主流之日本,热灌装PET 瓶在 PET 瓶中所占的比例极高,达60%以上 ;在我国热灌装类 PET 瓶在“三得利“ 乌龙茶等商品的包装中亦已得到实际应用,但耐热 PET 瓶在我国整个PET 瓶的生产中所占比例较小.耐热 PET 瓶的生产,有热定型技术
16、,物料掺混改性,多层共吹塑等方法.分别简单介绍于后:1.PET 瓶的热定处理技术通过热定型技术,可提高 PET 双向拉伸吹塑瓶的结晶度,让已定向的 PET大分子定型下来,经热定型的高结晶度的 PET 双向拉伸吹塑瓶,耐热性明显提高.达到能耐 80.C(或更高温度)的热灌装的水平.由于热定型过程中,PET 大分子处于拉伸定向状态,在热定型时可以不生成大尺寸的 PET 球晶,因此尽管经热定型处理的 PET 瓶提高了结晶度,但仍保持有高的透明度.为了提高 P 盯双向拉伸吹塑瓶非拉伸部位口部的耐2001 年第 11 卷第 3 搬靼料包装 4l热性,适应高温灌装的需要,通常采用如下几种办法,即(1)在拉伸吹塑之前.对瓶口加热使其结晶化;结晶化的同时,瓶口“ 白化 “(PET 大分子形成大尺寸的球晶);(2)瓶口部位采用耐热性高的 PC 制得(这时瓶坯需二次注射);(3j 对于热灌装温度不甚高的 PET 双向拉伸吹塑瓶,也可采用增加瓶口厚度以提高其耐热性的方法(国内“三得利“乌龙荼用 PET 瓶即属此类):热定型耐热 PET 瓶,根据其热定型的实施方法之不同,可分为一步法与二
