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发布时间:2023-12-18 11:06:57 阅读: 来源:废布厂家

纳米PET瓶新技术在饮料包装中的应用

饮料工业作为我国的国民经济支柱产业,饮料包装有着前景广阔的市场,不容忽视。

随着技术工艺的不断发展,经过改性后的各种PET瓶具有卓越的阻隔屏蔽二氧化碳、氧、水,以及芳香的性能,兼具高抗冲击性、高强度、耐热性、高抗压强度、高透明度、高艺汽车护理术性、高纯度、高洁净度、良好机械加工性、良好成型性、良好尺寸稳定性、抗化学性、抗吸潮性及轻质性等优点,成本低廉。因此,在饮料包装中得到了广泛的应用。

一、提高阻透性/耐热性的纳米技术

德国KruppCorpoplast、日本ToyoSeikan和美国PlasticSolutionsMolding等公司开发了各自的分别名为“MonoTherm”、“S-Cosmos”和“Cr-yopak”的纳米热定形技术,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,使饮料能达到满足要求的货架期。

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的熔体粘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PE尽可能减小数据线的长度T相比,NPET的阻燃性能也得到了很大改善,而且具有自熄设计1套专用装置灭性。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,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的阻隔性比纯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。

二、尼龙纳米复合材料用于PET容器

据英国《欧洲化学》报道,伊士曼化学公司与纳诺科尔公司共同研制成功用于制造多层PET容器和尼龙纳米复合材料,该材料阻隔性高,加工性与PET相似,并且可与PET粘接,现已开始试销。这种阻隔性高的PET容器的应用范围包括啤酒包您只要想看机器装、碳酸盐软饮料、果料和用番茄加工制成的食品包装。用含纳米复合材料制成的产品可在现有的设备,如预成型注塑机和拉伸吹塑机上加工。

正在开发的尼龙纳米复合材料的氧气阻隔性有很大的改进,含10%~30%(重量)陶土的尼龙纳米复合材料与一般阻隔性尼龙的瓶子相比,前者的阻隔性要好得多,而且阻隔层的厚度大大减少。这种材料的浊度为15%~30%,完全可以制造琥珀色的容器。然而,需要降低浊度,以便使这种材料可用于制造透明包装容器。纳米复合材料的成本与性能比非常具有竞争力,陶土对于回收加工工艺没有影响,因此纳米复合材料有着广阔的应用领域。

作为塑料啤酒瓶原料的尼龙纳米复合材料AegisOX、PAMXD6/纳米粘土复合材料M9和聚乙烯醇(PVA)膜材料是最有应用前景的三种高性能阻隔材料。

目前,美国霍尼韦尔公司正致力于开发一种阻隔性能高而成本与玻璃一样低的尼龙纳米复合材料AegisOX,这是一种活化/钝化阻隔材料,其中纳米粘土为钝化阻隔层,与适宜的吸氧剂作为活化剂起协同作用。据称,该材料能使PA6的氧透过率(OTR)降低100倍,氧的掺入量几乎为零。一些大PET瓶厂正在将AegisOX作为三层结构啤酒瓶的芯层,其货价寿命可达180天。

Eastman化学公司还与美国纳米粘土生产商Nanocor公司合作,开发了一种尼龙纳米复合阻透材料PAMXD6/纳米粘土阻隔材料M9,名为Imperm。Imperm的氧阻透性据说比PET大50~100倍。该纳米级粘土粒子还能增加熔体强度和瓶子刚性。比标准PAMXD6对二氧化碳和氧的阻隔率分别提高50%~70%,透明性和抗剥离性与标准PAMXD6相同。该公司测试了25种29g重的PET/Imperm/PET 3层瓶,其阻透层分别构成瓶壁的4%和10%。前者的氧阻透性比PET瓶高3~5倍,雾化物少8%,后者的氧阻透性高6~11倍,雾化物少15%。这些高阻透性PTE瓶的用途包括啤酒、碳酸软饮料和果汁等。三层结构(PET/M9/PET)啤酒瓶可达到美国(110天)和欧洲(180天)的啤酒保质期。

三、共混掺合纳米材料

纳米材料就是用晶粒尺寸为1~100nm的晶体构成的材料,由于晶粒尺寸比常规材料的晶粒细微得多,因而在其晶界面上原子数多于晶粒内部的原陶瓷子数,这样就赋予纳米材料以许多特殊的优异性能,如蒙脱土(montmorilloniteclay)填充,由于微细晶粒融入到聚合物晶格阵内部,其中片状硅酸盐层就会阻碍在材料扩散通道中散布分子的流动,从而提高材料的阻隔性。

聚合物/粘土型纳米复合材料可以用常规的热塑性塑料加工设备来进行处理,由于天然蒙脱土是一种亲水材料,与大多数有机高分子材料不相容,通过利用有机阳离子替代中间层空间中的钠或钙的离子,就有可能获得亲合有机物分子的蒙脱土。这种有机离子与铵离子或含磷离子的交叉反应可以形成亲有机物的表面。乙醇铵能降低无机基质材料的表面能量,改善表面的润湿性,有利于聚合物与粘土材料之间界面的结合。

纳互感器米复合物材料的结构可以分为两类:夹层型和片层型。其前者,通过把单一伸展的高分子链插入硅酸盐各基层中间,即可获得排列整齐的多层相夹结构的复合材料,在片测量工具层或分层型复合材料中,各层之间迭合是可分开的,并且单一硅酸盐层在聚合物基体内是分散存在的。聚合物/硅酸盐纳米复合材料可以由多种聚合物材料来制造,如聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、环氧树脂和有机玻璃。

少量的纳米材料就可获得很高的阻隔性,2%蒙脱土就可使聚酰亚胺渗透性降低一半。在尼龙-6中掺入一定比例的片晶硅酸盐后,也能赋予尼龙优异的氧气阻隔性能和力学性能。这种材料比传统的尼龙-6具有更均匀的阻氧层,不透气性更好,阻氧效率提高一倍,氧气的渗透率(OTR)减少一半,而其他性能几乎保持不变。 这类纳米材料制作的包装容器也可广泛用于饮料包装。

四、纳米聚酯类复合包装材料

为了提高聚酯类包装材料的性能和应用范围,欧洲、美国和澳大利亚开展了聚酯类复合材料试制工作。1997年下半年开始PET、PEN和液晶聚合物(LCP)的复合试验。美国Superex聚合物公司首先在世界上采用PET/AD/LCP的三层结构(AD为粘接层)制作330~600ml啤酒瓶,正在与日本某酒厂联合推广应用。1997年底,德国HoechstTrevira公司,已开始对PEN复合啤酒瓶进行试验,以证实该啤酒瓶的市场竞争力。澳大利亚Aslp公司正在开发一种聚酯类多层结构的包装容器,以延长贮存期。1997年日本开始生产无色纳米透明型陶瓷膜/聚酯类高级包装材料。日本东洋钢板公司则投资40亿日元,开发了钢板或铝板两面粘合聚酯薄膜的复合包装材料,大大提高了包装罐的防护性能和生产效率。

对聚酯薄膜生产企业而言,希望将纳米技术引入到聚酯薄膜的生产,解决阻隔性问题。生产塑料挤吹机械装备的企业就需要解决在现场将纳米蒙脱土与PP、PE结合,然后用挤吹技术制瓶,并且提高包装用瓶的阻隔性问题。

信息来源:广东包装

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