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PET啤酒瓶阻隔性能提高的技术应用

2022-04-28 来源:宜春机械信息网

PET啤酒瓶阻隔性能提高的技术应用

啤酒包装是塑料应用关注的焦点之一,也是迄今塑料并未占领的最大食品包装领域。由于啤酒包装对于瓶体阻隔性能的要求比较苛刻,为了提高塑料啤酒瓶的阻隔性,人们开发出高性能聚萘二钾酸乙二酯(PEN)树脂、多层瓶技术(中间层为阻隔性树脂等)、有机和无机涂层技术、高阻隔性共混物和共聚物、添加氧清除剂以及闭光保护等多种技术。本文主要对这些提高PET啤酒瓶阻隔性能的技术进行介绍。

高阻隔性单层容器

可以用于制备高阻隔性单层容器的树脂主要有:丙烯腈树脂如丙烯腈-苯乙烯共聚物(Barexa)、PEN以及杜邦的高阻隔性聚酰胺树脂(SELAR PAa)。但这些材料的成本都比较高,只有PEN有望用于啤酒包装。与PET相比,PEN具有以下优点:耐温性能更佳,玻璃化转变温度(Tg)为124℃,比PET高78℃,熔点为286℃,比PET高248℃;气体阻隔性更高。PEN对O2的阻隔性是PET的4倍,对CO2的阻隔性是PET的5倍,对水分的阻隔性是PET的3.5倍;此外,机械强度、抗紫外线等性能也更好。PEN可用作可以回收的啤酒瓶,热灌装温度达100℃的果汁瓶,加热到100℃以上的热灌装沙拉等容器,以及在130~138°下保持不变形和耐高压的蒸煮包装。

PEN的合成单体为乙二醇和2.6-萘二甲酸(NDC)。不过由于NDC的合成难度较大,目前只有BP一家公司实现工业化生产。

美国和西欧相关立法都已批准PEN用于食品接触包装领域,日本也已经批准PEN、PEN/PET共聚物及共混物用于除软饮料包装以外的所有包装领域。

多层瓶技术

1.纯阻隔性聚合物

目前,用于多层瓶中作为高阻隔性夹层的材料主要有3种:乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、聚偏氯乙烯(PVDC)和MXD6聚酰胺。此外,液晶聚合物(LCP)也是1种不错的高阻隔性材料。

含萘二甲酸酯的PET共聚物具有较高的阻隔性,成本低于PEN,但阻隔性还不足以提供啤酒4个月的货架寿命。MXD6聚酰胺可提供比PET高19~20倍的阻隔性,加工温度与PET相似,以30%的比例与PET共混,存在雾度和成本较高的问题;此外,目前尚不清楚MXD6聚酰胺与PET共混对PET结晶性、定向性及热和湿敏感性的影响。Miller and Anheuser—Busch已经试销以纯MXD6为阻隔层的PET多层啤酒瓶。

EVOH的阻隔性能要比等厚度的MXD6高4~7倍,EVOH与PET的相容性小,很难使PET与足够的EVOH共混,达到阻隔性明显提高。此外,湿气对EVOH会产生不良影响,可通过挤出前干燥物料或将其用作中间夹层等方式来克服。

PVDC的阻隔性和EVOH相当,但由于含氯,存在回收问题,影响了其在包装材料中的应用。

LCP对O2的阻隔性比。PET高200倍,将4.5%的LCP与PET掺混即可使O2的透过性降低约70%,而且不受湿度的影响。用量很小就可以获得很好的阻隔性能,有利于降低生产成本。不过由于其加工难度较大且制品不透明。应用受到了一定的限制。

2.纳米复合材料

与塑料啤酒瓶相关的纳米复合材料研究工作主要有:

Honeywell公司实现了原位改性纳米复合聚酰胺材料的工业化生产。与普通聚酰胺6相比。复合材料的强度、刚性、对O2等气体的阻隔性以及耐热性均有所提高;其中,对O2的阻隔性提高3~4倍。日本宇部兴产、尤尼奇卡和德国拜耳等公司则实现了原位聚合法聚酰胺-6纳米复合材料的工业化生产。三菱瓦斯化学公司和蒙脱土生产公司Nanocor联手开发的MXD6聚酰胺纳米复合材料,不仅保持了MXD6原有的透明性,而且阻隔性能也得以提高。

伊士曼化工公司在开发聚酯纳米复合材料方面非常活跃。早在1999年2月,伊士曼就与Nanocor建立合作伙伴关系,共同开发包装用聚酯纳米复合材料。尽管纳米材料的引入可以改善PET的阻隔性、熔体强度等性能.不过由于纳米材料引入会加速聚酯的结晶速度。因此制备透明制品还面临许多挑战。目前,大多数啤酒厂商选择了采用阻隔涂层方法生产PET啤酒瓶,伊士曼公司已经中断该产品的生产和研究工作。

EVOH的生产成本较高,多年来生产厂商及终端用户都致力于EVOH纳米复合材料用于阻隔包装的研究。不幸的是,EVOH复合材料很难制备,不能用原位聚合法生产,只能采用熔融共混法,而共混法很难使纳米材料在基体树脂中呈现纳米级分散。

(待续)

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