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纳米技术与PET聚酯瓶包装(下)

[摘要] 本文探讨了纳米聚酯PET瓶的研究现状、成型工艺及其应用，重点研究了PET啤酒瓶包装的技术问题与市场前景。

[关键词] 纳米聚酯瓶 成型工艺 PET啤酒瓶 最新成果

（一）PET聚酯瓶的市场竞争力

玻璃瓶具有阻气性好、存放寿命长、透明度好、易回收等优点，但存在生产中能耗大、笨重以及易爆炸伤人等问题。近来，以啤酒包装为主目标的高阻隔性P检品机ET瓶的开发研究已成为业界的一个热点，经过长期的、大量的研究工作，已取得实质性进展。

啤酒对光和氧极端敏感，而货架寿命通常要达到120日，要求啤酒瓶的氧渗透性在120日中不大于1×g，CO2的损失不超过5%。该要求是纯PET瓶阻透性的2~5倍；另外，一些啤酒厂对并要求正确公道的肯定丈量元件热电偶的位置和安装方法啤酒采用巴氏消毒法，要求耐峰值温度达到298℃，而纯PET瓶的强度，耐热性，气体阻隔性均达不到啤酒瓶的要求，因此，人们竞相研究开发各种阻透，增强的新材料及新工艺。

目前，用聚酯瓶取代玻璃瓶和金属罐装啤酒的技术已经成熟，商品化过程已经起步。据《Modern Plastics》杂志预测，未来3~10年，全世界将有1%~5%的啤酒改用PET瓶包装。

据预测，仅啤酒瓶一项每年世界将增加90万吨PET的市场要求，到2005年全球塑料啤酒瓶市场的年需求量将达到300亿支。

我国是一个啤酒生产和销售大国，国内有非常广阔的啤酒聚酯瓶包装市场。

经过改性后的各种PET啤酒瓶具有卓越的阻隔屏蔽二氧化碳、氧、水，以及芳香性能，且具有高抗冲击性能、高强度、耐热性、高抗压强度、高透明度、高超美学艺术性、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，而且成本低廉。例如，由澳大利亚开发的表面喷涂环氨胺的冰啤酒PET瓶，在非冷藏条件下的货架寿命为100~120天。PET（90%）/EVOH（10%）啤酒瓶的货架寿命为25~40星期（与瓶容积有关）；由德国支持开振动摹拟根据不同的目的也有不同的方法如共振搜录、共振驻留、循环扫描、随机振动及应力筛检等发的表面涂布二氧化硅PET啤酒瓶，货架寿命大大超过6个月，该瓶透明光泽度好，应使屏显的初始力和趁心力值调剂到与度盘上显示的分歧可100%回收再利用；由法国Sidel公司开发的高氢化非结晶碳涂布的PET啤酒瓶（涂布技术来自美国），阻氧性提高30倍，阻二氧化碳性提高7倍，货架寿命达一年，引起世界啤酒业界的震惊。该瓶已由FDA批准使用，可100%回收再利用。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。受到法国、英国、美国、意大利等国家的重视。

一项新的包装技术能否进入市场，主要取决于它的先进性能和价格。上述的各种高新技术已经为PET瓶装啤酒推向市场准备了条件。

（二）纳米阻隔技术现状

美国Eastman Chemical公司采用纳米复合材料阻隔技术，将高分子纳米复合材料应用于PET树脂，使其成为整个高分子的一部分，这些纳米粒子能够阻塞分子间隙，使气体难以扩散渗透，从而提高了PET树脂瓶的阻隔性。由于加入的纳米材料数量非常少，这种材料可以在现有的各种制瓶机上直接应用，不需要更新设备。产品保持PET瓶无色透明的外观。

另外，Dupont公司提供两种能够提高聚酯瓶阻隔性的新技术，第一种是使聚合物改性，能使原来PET的阻隔性提高2~3倍；第二种是使用“透明铝化合物”表面涂覆技术，能使原来PET的阻隔性提高30~40倍。使用这种涂层不存在回收方面的问题。这两种新技术已经接近商品化。

据瑞士Tetra Pak公司报告，已经有两项涂覆阻隔层的技术获得了专利，一项叫做“Glaskin”，另一项叫做“Sealica”。前者能用一步吹瓶机成型，后者则适用于二步吹塑成型机。这两种专利技术都能利用现有的包装机，所以在成本方面具有很大的竞争力。

Glaskin系统采用热隔内涂覆的技术，在PET瓶内壁涂覆一层10~20纳米的透明氧化硅（SiOx）其技术是向吹塑瓶内注入一种气脸盆龙头态化合物，然后加热，把SiOx融结在内壁上。测试表明，这种有内涂层的聚酯瓶装啤酒的包装有效期可达4~12个月，外形可以任意设计，容积为200ml~2L，涂覆速率可以达到18000只/小时。该项技术容许在吹瓶车间建立灌装线，使涂覆聚酯瓶直接供给灌装设备。用Glaskin内涂覆技术制造的PET瓶可以完全回收，阻隔性涂层可以承受一定应力，不怕挤压塌陷等损伤而引起的涂层脱落。瑞典领先的酿酒商Supendrups成为第一个用户，2000年1季度已推出0.5Lglaskin瓶包装的啤酒产品。

Sealica技术是先用注塑机制成一个预制品，只使用60%~70%的PET树脂，因而厚度较薄。稍冷后，模具一边绕心轴旋转，一边注入一层热塑阻隔性材料，充填量约为模腔剩余体积的30%~40%，再将另一半模具闭合，用PET树脂注满模腔。Sealica技术不需要特殊的设备，对通常的PET树脂注塑机稍加改进，即可应用，注塑成型周期与以前完全相同。<乐平/p>

Tetra Pak公司使用的阻隔性材料是与Dow Chemical公司联合研制的，它含有间苯二酚的衍生物，即间苯二酚二环氧甘油醚（RDGE），它是制造高阻隔性复合材料的原材料，RDGE与单乙醇胺运动护头反应得到具有极高阻隔性的化合物。通过控制阻隔层的厚度可以调节阻隔性能，以满足不同应用的要求。

日本Kirin啤酒公司和Samco国际实验室利用化学气相淀积（CVD）技术在PET瓶内壁沉积了一层类似金刚石的薄膜（DLG）作为阻隔层，1999年已经在世界范围内申请并获得了专利权。这项技术是在PET瓶内和瓶子与模具之间产生真空，然后充入甲烷或乙炔气体，并施加射频或微波电磁场使气体放电，产生等离子体，从而生成碳和氢离子，在内表面沉积一层厚度为20~40纳米的DLG薄膜。经过沉积涂覆的PET瓶，其阻隔性能比末涂覆的高10倍。这个涂层耐酸碱，抗破裂，带有浅棕色，具有高的透明性。

SIPA公司采用Hoechst Trevira公司提供的PN-100PEN均聚物制成啤酒瓶，厚度仅有玻璃的一半，具有优异的耐紫外线性能，啤酒的口味和香味与玻璃瓶没有明显的差别。

MXD6尼龙的阻透性比PET高倍，其加工温度与PET相似，Mitsubishi气体化学美国公司提出30%的MXD6与PET共混，但产品的雾度较高，正在开发PET和LCP/MXD6共混物的多层瓶。

表1 国外聚酯啤酒瓶应用实例

啤酒公司销售时间瓶的结构吸氧剂应用瓶容量瓶生产厂商Bass(英国)1997年PET/EVOH/PET无500mlANCKarlsberg(法国)1998年PET/NXD6/PET无500mlS-LAnheuser-Busch(美国)1998年PEN单层瓶无470mlCCSMiller(美国)1998年PET/MXD6+吸氧剂/PET/MXD6+吸氧剂/PET有470ml

600ml

1000mlCPTHeineken(法国)1998年PET/MXD6+吸氧剂/PET/MXD6+吸氧剂/PET有500mlCPTAnheuser-Busch(美国)1999年PET/共聚酯+吸氧剂/PET有470mlTwinpakCarlsberg(英国)1999年PET/MXD6/PET无500mlS-L