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2007年第一期 聚酯在包裝領域的應用狀況及發展趨勢

  聚酯是以PET為代表的熱塑性飽和酯的總稱,包括PBT、PEN、PCT及其共聚物。它以包裝容器的發展最引人注目?,F在已有20%以上的PET用于包裝材料,且呈逐年上升的趨勢。包裝業已成為PET的第二大用戶,僅次于合成纖維。
  由于PET可以方便地通過快速冷卻的方法得到基本處于非晶態、高透明、易拉伸的PET制品,所以作為包裝材料時,PET即可制成雙向拉伸包裝膜,又可由非晶態瓶坯得到高強度、高透明的拉伸吹塑瓶,還可以直接擠出或吹塑成非拉伸中空容器。
  PET薄膜具有透明、耐油、保香、衛生可靠和溫度范圍廣等性能(高溫蒸煮和冷凍包裝均可)但熱封閉性差,必須與其他薄膜(熱封層)復合使用,且價格較通用塑料薄膜高,限制了PET薄膜在包裝上的應用。
  PET中空容器尤其是拉伸吹塑瓶,充分發揮了PET的性能,對內容物有良好的展示效果,且成本較低。因此,PET作包裝材料時基本上都是采用拉伸吹塑成型的,其中應用最多的是幾十毫升到 2 升的小塑料瓶也有容量為30升的大塑料瓶。
  1、飲料包裝:最成功的應用是碳酸軟飲料(CSD)具有外觀漂亮、設計靈活、強度高、對二氧化碳密封性好和可靠的衛生性,使聚酯瓶成為CSD理想的包裝容器。
  2、食用油包裝:具有耐油性能、透明、無毒、無味、不易破碎,對氧氣的阻隔性好,對紫外線也有較好的遮蔽性,可保護食用油長期免受氧化而不變質。
  3、調味類商品包裝:醬油等液狀品是聚酯的一個潛在市場,保香性好、質輕、不易破碎等特性是其在該領域應用的有利條件。
  4、啤酒包裝:以塑料瓶代替玻璃瓶用于啤酒包裝尚處于開發試用階段,有關部門和企業正日益關注和重視啤酒包裝的發展情況。
  5、農藥、醫藥、日化產品包裝:聚酯瓶可用于部分農藥包裝,采用聚酯生產的低成本農藥瓶已在國內投入使用,PET瓶安全、衛生,有良好的防潮、隔氧和展示功能,使得PET在醫藥包裝領域得到了應用?;瘖y品、洗滌劑等日化產品,也是聚酯瓶應用的一個巨大市場。PBT、PEN瓶的良好耐化學藥品性、保香性、高透明、對紫外線的屏蔽性和造型設計的靈活性正是化妝品等日化產品所期望有的特性。尤其新型阻氣、紫外線屏蔽的PEN在香水、化妝品包裝上將有一席之地。
  PET瓶以其優越的性能、較為低廉的成本及對環境保護的適應性,在和其他包裝材料(玻璃、馬口鐵、PE、PVC等)瓶類的競爭中得到了迅速發展,但其耐熱性、阻氣性欠佳,局限了其在熱灌裝和要求氣密性高的場合應用,并引起人們高度重視。在提高和改進性能的過程中,聚酯包裝獲得了新的發展。
  一、改進耐熱性:普通PET瓶不能用于果汁、茶等需熱灌裝的物品包裝,目前通過研究已開發了三類實用的耐熱聚酯瓶,熱定型瓶可達到85℃灌裝的要求;PET/PEN合金瓶,PEN耐熱性高,在普通注拉吹設備上可制得符合80℃以上熱灌裝要求的瓶子,倘若再經熱定型處理,熱灌裝溫度可達90℃以上;與耐熱性聚芳酯等制成多層復合瓶,以提高耐熱性。
  二、提高阻氣性:盡管PET的氣體阻隔性遠高于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等塑料,但對于啤酒、白酒、香水等保鮮、保味要求較苛刻的產品仍然不能滿足要求。提高阻氣性的方法有三種;一是多層復合,以PET為主,加入PVDC、EVOH、MXD6、PEN等其它氣密性好的材料作成3層或5層瓶。二是采用特殊處理方法,如在PET瓶內或外層涂布環氧阻隔層,或進行等離子體處理(ACTIS技術)。
  三、用其它阻隔性樹脂成型:以PEN或PEN與PET的共聚或共混物為原料,既提高了瓶子的阻氣性,又提高了瓶子的耐熱性,可滿足啤酒保存3-6個月的要求,還可以堿洗消毒,重復使用,從而降低成本。因為前兩種方法有透明性差、回收處理困難、工藝復雜、設備要求特殊等問題,而且雖然氣密性提高了,但耐熱性較差,只能適應無菌灌裝的場合。我國啤酒行業大都采用灌裝后巴氏消毒的技術,所以采用PEN或與PET的共聚、共混物為原料,通過現行PET瓶吹制設備和工藝進行成型,是適合我國國情的啤酒塑料包裝發展方向,值得引起有關部門和企業的重視。
  包裝世界中的幾種高新材料

1.金屬箔材及異型材
  由于薄化技術的發展,金屬箔材種類大大增加,主要品種有金箔、銅箔、鋁箔、不銹鋼箔、鋁箔、鈦箔、銅箔、Be箔、Pd箔、Ta箔、Ni箔、Ag箔、Ph箔、Zn箔、鐵箔、以及Ni一CR等各種合金箔材。金屬箔材的發展方向有三種:超長、超級薄、超級極??;多孔穴化;復合化。
  異型材發展亦很迅速,各種異型(如復雜的蜂窩型)材均可生產,異型材正向薄型化、輕量化、功能化方向發展。異型材特別是紙制蜂窩型材料,在包裝領域中也有少量應用,且前景看好。
2.新型塑料及塑料合金
  在我國主要開發了聚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酯、聚酸亞胺和聚芳酯等工程塑料,應用較好。國外聚碳酸酯、聚酯、聚酚胺、聚甲醛仍占主流。其中聚碳酸酯發展最快。工程塑料主要研究改性和應用,合金化技術、復合技術和加工技術。塑料合金主要研究合金化技術中的互穿網絡、接枝共聚與嵌段共聚,分子復合技術,反應擠出、相互共混和物理混煉。在國外,PBT、PET合金發展很快,特別在汽車與自動化設備以及電子方面應用日益廣泛。主要有PBT/ABS、PBT/PC、PBT/有機硅、PBT/PPE、PBT/PET、PBT/烯基類聚合體系的合金。國外也有將PBT塑料合金用于制造特種高強度包裝容器的報道,而美國的PET合金(LCP10%)性能優于PET許多,也在包裝中開始應用。
3.功能性高分子材料
  功能性高分子材料的新品種主要有幾大類:
       1)電功能高分子如導電材料;
       2)光功能分子如光導材料、梯度折射率高分子;
       3)化學功能如催化材料、吸附材料;
       4)磁功能如磁性高分子材料;
       5)機械功能如傳質功能材料中的分離膜、富氧膜高分子材料;
       6)生物功能如生物醫用高分子材料、生物降解材料(熱收縮薄膜)、耐熱高分子材料、熱敏變色材料;
       7)智能高分子材料(如聚毗咯、聚暖吩、聚苯胺)
4.有機硅及氟系材料 
  硅系高分子材料是21世紀的新材料。目前在分子設計與分子結構控制的基礎上探討脫氟縮合、氫化硅烷甲基化聚合等合成反應,開發分子多元化功能材料,研制高檔復合膜化設備的光電子功能材料。有機硅是一種性能優秀的生態材料(Ecomaterials),主要用于航空航天、汽車、建筑、生物工程和其他高技術領域。下階段目標是提高分子設計和合成技術,實現有機硅功能化、高分子合成及材料制備技術的最佳化。
  氟系材料在包裝中應用有良好進展。例如:PTFE的高強度、功能化、高穩定性,PEA的熱穩定性,PVDF的功能薄膜。此外,壓電性、防靜電性、耐輻射、耐磨性好的氟系高分子也己問世。
5.特種纖維
  現代纖維種類繁多?;瘜W結構不同的纖維在很大程度上影響合成纖維的強度。為了增強或改善纖維的強度和功能,曾對纖維進行表面改性處理和電暈、電鍍、真空鍍膜等等。對于超強纖維采用射線處理工藝可大大提高其強度。超強輪胎用合成纖維,進行了多種工藝研究,克維拉纖維不用乳膠或橡糊的工藝也有多種。高功能纖維材料如全芳香聚酯、高聚合度PE、氟系、POM等在特種合成纖維中也漸漸被應用。導電纖維、導磁纖維復合塑料(薄膜)中也有較廣泛的應用,主要用在防靜電、防電磁等敏感性的包裝容器和包裝材料上。
6.特種橡膠及密封、阻尼材料
  特種橡膠以NBR、NHBR、CO/ECO、ACM為主,以日本的生產水平為最好。其中NBR性能好,應用廣,規格品種己超過300種,新功能的NBR也在不斷問世。NHBR綜合性能好,正向高強度方面發展。EC/ECO具育極優的耐熱、耐老化性與耐臭氧性,ACM正在強化耐油性、耐寒性。
7.液晶顯示材料
  目前LCD液晶材料主要是小分子向列鏈液晶以及新的大分子聚合物側鏈液晶。新的液晶聚合物開發在下面幾方面有了較大進展。一是它的電光效應研究,其Vth較低的聚合物材料研究了強極性的氰基聯苯類小分子液晶,末端基為氰基、硝基、氟氯的側鏈液晶聚合物;二是新的顯示材料研究,現己開發的新品種有激光束熱尋址型向列鏈液晶聚合物和近晶型側鏈液晶聚合物,加熱電極尋址型膽甾型聚硅氧烷(ch---LCP)顯示材料,含染料基因的側基液晶聚合物的賓主效應彩色顯示材料等等。
8.有機分離膜
  鑒于世界缺乏生活工業用水,因此最先開發的乙酸纖維素膜最早用作滲透膜吸取染水,它如今也用于分離各種工業廢水以及食品加工等行業。高功能分離膜是21世紀工業基礎技術課題之一,因而今后的發展態勢是提高分離膜的性能,研究水與醇的分離,氫的分離,氯的分離,烴的分離等等。除了富氧膜之外,一種用于血液靜電和病原治療的高分子化合物免疫吸附分離體的研究進展也十分良好。分離膜和分離技術在食品、飲料加工和太空水、礦泉水、飲料配水的生產中占有十分重要的地位,應用廣泛。 
9.生物高分子材料
  生物高分子材料已進入實驗性階段,如人造血管、人造心臟、人造瓣膜、人工肺、人工腮、人造骨骼等等。生物高分子材料在包裝中的應用日益擴大,例如微生物(細菌)塑料,生物降解塑料、生光雙解型塑料都是當今包裝世界的熱門話題。
10.有機光電子材料
  光電子有機高分子材料新研制的品種有:有機光色高分子材料、非線性光學材料、光敏折變材料、偏光高分子材料、選擇透光高分子材料、光電轉換功能材料,壓電功能高分子材料等等。非線性光學聚合物(NLO),梯度折射率高分子(如甲基苯烯酸酯類,苯甲酸乙烯酯類等)亦有長足的進展。因此有機光電子材料在特種包裝中的應用很有潛力。

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