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PET瓶在碳酸饮料中的应用

时间:2022-04-28 来源网站:四川化工机械网

PET瓶在碳酸饮料中的应用

1 PET 瓶的发展历史

PET 于1941 年问世, 最初主要用途是作为纺织原料, 生产中空纤维、无纺布等产品; 用作食品包装容器的历史并不长。在国外, PET 瓶的生产从本世纪七十年代开始, 最初生产各种规格的有底托瓶, 主要用于灌装碳酸饮料, 直至九十年代, 由于世界各国提倡环保的需要, 新型的无底托PET 瓶开始面世。在国内, PET 瓶的发展只有短短的十几年的时间, 有底托的PET 瓶生产始于1985 年,1989 年出现少量无底托PET 瓶, 直至1995 年才开始正式大批量生产无底托PET 瓶。由于PET 具有突出的优越性能, 例如: 无毒、重量轻、透明度高、强度高、不易碎、耐压性能良好、气密性能良好和较稳定的化学性能, 因此, PET 瓶是一种理想的食品及饮料包装容器。目前, PET的生产在国内的发展速度非常快, 年产能力已达到数十亿个, 已成为碳酸饮料、矿泉水、食用油等的主要包装容器。

2 PET 原料与PET 瓶的特性

2.1 PET 的结构

PET 属于有机高分子化合物, 是由碳、氢、氧三种元素构成。分子结构如下:H—[ OCH2CH2—OOC— —CO!—OHPET 一般由对苯二甲酸( PTA) 或对苯二甲酸二甲酯( DMT) 与乙二醇( EG) 进行直接酯化反应或酯交换反应生成PET 单体, 再经过固相缩聚而形成的聚对苯二甲酸乙二醇酯。化学反应方程式如下:HOOC— —COOH+2HOCH2CH2OH"催 化剂碱HO—CH2CH2—OOC— —COO—CH2CH2OH+2H2O

2.2 PET 的物理性能

PET 按聚合方式分为均聚和共聚PET, 按用途分为纺织用PET、瓶级PET 和片材级PET。瓶级PET 的物理性能如表1。

表1 瓶级PET 的物理性能

序号项目特性值单位

1 密度1.4 kg/cm3

2 平均分子量25000~30000

3 IV 值0.70~0.85

4 熔点250~260 ℃

5 AA 含量≤3 mg/Kg

6 水分≤0.4 %

7 颗粒形状圆柱形或平行六面体

PET 容易吸湿,需要特定的仓库储存,加工之前要进行有效的干燥。在生产原料和注塑成型过程中难以处理的残留量使PET 瓶释放出乙醛。

2.3 双轴拉伸PET 瓶的性能

( 1) 具有良好的透光率与光泽, 透光率大于85%;

( 2) 具有良好的机械性能和抗冲击性能;

( 3) 具有良好的耐化学性能;

( 4) 在常温下( 20~30℃) 具有良好的尺寸稳定性;

( 5) 重量轻;

( 6) 对气体具有良好的阻隔性。

2.4 PET 的化学性能

在一般条件下, 特别是经过拉伸后, PET 的化学性质很稳定, 可以耐除碱性物质和部分极性溶剂以外的大部分化学药品, 但在PET 瓶内充有较大压力的气体和恶劣的环境条件下, 其化学性能会差一些。下列化合物会破坏PET 的分子结构:

酮类( 丙酮、甲乙酮)

醚类( 二甲烷、四氢呋喃)

酯类( 醋酸乙酯、苯甲酸甲酯、水杨酸甲酯)

卤化烃类( 氯仿、三氯乙烯)

苯酚类( 苯酚、氯酚、甲苯酚)

强碱类( 氢氧化钠、氢氧化钾)

强酸类( 浓硫酸、浓硝酸、浓盐酸)

酒精类

乙酰化单甘油酯

环氧乙烷

甘醇

乙二醇醚

氧化胺

PET 在特定的条件下会发生降解反应

( 1) 水解反应

常温下, PET 基本上不发生水解反应。但在高温、高压或碱性条件下PET 容易发生水解反应,反应速度较快, 水解反应后, PET 分子聚合链发生断裂, 分子量降低( 即IV 值降低) , 机械强度降低。所以, 我们在生产瓶坯时一定要干燥PET 切片。

试验表明, 在200℃下经过30min 后, PET 发生显著水解反应, 并随反应温度升高或反应时间的延长而加剧。若灌装有一定压力的瓶子, 在碱性条件下, PET 瓶容易与水发生水解反应。

( 2) 热降解反应

PET 在高温条件下易发生分解反应, 分解产物主要为乙醛、二氧化碳, 并不产生有毒气体, 当PET 在较高温度下( 约300~400℃) 则会完全分解。所以在生产瓶坯时, 要非常注意调节好温度, 以免乙醛( AA) 浓度太高, 影响饮料口味。

3 PET 瓶的生产工艺

3.1 瓶坯的生产

PET 原料干燥预热熔融塑化注射成型迅速冷却瓶坯倒坯理坯穿透炉加热分布炉加热预拉伸冷却成型

3.2 PET 瓶的吹制

经过拉伸后的PET, 分子结构发生定向重排,机械性能大大提高。拉伸率越高, PET 定向程度越大, 瓶强度越高。

4 PET 瓶生产过程中影响PET 瓶质量的几种主要因素

1) 瓶坯: 特性粘度≥0.81cm3/g, 粘度降≤4%,存放时间不能超过三个月。纯洁、透明、无杂质、无异色、注点长度及周围晕斑合适。

2) 加热: 在烘箱中由远红外灯管发出远红外线对瓶坯辐射加热, 由烘箱底部风机进行热循环, 使烘箱内温度均匀。瓶胚在烘箱中向前运动的同时自转, 使瓶胚壁受热均匀。烘箱的热量由灯管开启数量、整体温度设定、烘箱功率及各段加热比共同控制。

3) 预吹: 拉伸杆下降的同时开始预吹气, 使瓶胚初具形状。预吹位置、预吹压力和吹气流量是三个重要工艺因素。

4) 模具( 冷却成型) 瓶身冷却水温度控制在30℃,瓶底冷却水温度控制在14~15℃, 夏季要低一些。5) 环境: 室温、低湿状态下为佳。

5 PET 瓶使用过程常见问题及措施

5.1 水分对PET 原料和瓶的影响

PET 在通常湿度情况下, 当进行熔融塑化时会发生水解反应。高湿度含量常常导致立即反应, 结果分子链断裂、降解, 分子量降低( 也就是Ⅳ降低) 。PET 的机械性能与特性粘度Ⅳ有关, Ⅳ越低, 则PET 的机械性能越差。

在中国长江以南地区和沿海地区全年平均相对湿度为85% , 部分地区春天和夏天相对湿度有可能高达90% 以上, 在高湿度环境下, PET 会吸湿达到最大的饱和湿度。

水分含量越高, 则PET 的Ⅳ值下降越大。就以A04、104 来说, 值得注意的是含水量为0.01%时, 其特性粘度为0.72, 含水量为0.02%时其特性粘度变为0.63。在180℃由于干燥时间减少3/4h,特性粘度下降0.09。

干燥时间越长则PET 原料里水分越低, 但过度干燥也会造成PET 降解。当加热至180℃时, 对于最大初始水分含量0.3% 的原料, 水分下降至0.14%; 干燥4h 可获得0.004% 的水分含量, 这是瓶坯控制水分含量的上限。

5.2 PET 瓶的储存和运输

由于PET 具有容易吸水的性能, 因此瓶坯、瓶子储存时间越长则会吸收空气中的水分越多, 从而逐步降低原有的优良性能。高温、高湿度环境会直接影响瓶子的使用。根据上述情况, 我们建议PET 瓶在春夏两季相对湿度≥85%、气温≥35℃条件下, 贮存期应控制在一个月内; 在秋冬季相对湿度<85% 、气温<35℃条件下贮存期应尽量控制在三个月内, 贮存期的长短应考虑当地气候条件。

5.3 如何减少PET 瓶中CO2 的损失

( 1) CO2 在PET 瓶中损失的途径

通过瓶身渗漏: 如果PET 分子间的空隙充满CO2 分子, CO2 分子就会从瓶身渗漏出来, CO2 渗漏速度与PET 双轴拉伸定向程度、瓶厚度、湿度和压力有关。

PET 材料对CO2 的吸收: 由于PET 分子结构的多孔性( 密度较小) , 使CO2 分子穿透, 产生吸收现象。

通过塑料盖的损失: CO2 从瓶盖的损失量较少, 室温下CO2 的损失量约为0.1~0.15cm3。

( 2) 瓶容量对CO2 损失的影响

同样形状的瓶子, 容量越大, 表面积与体积比越小, CO2 的损失率越小; 相反, 瓶形状越复杂、容量小的瓶子, 表面积与体积之比较大, 因此CO2的损失率也越大。

( 3) 瓶厚度的影响

厚度越大, CO2 的损失率越小。

( 4) 减少CO2 损失的方法

设计瓶子时选择大容量的瓶, 简化瓶表面形状结构;

增加瓶身厚度;

提高瓶的双轴拉伸程度, 使塑料分布更均匀;

以较低的温度储存、运输汽水。

5.4 PET 瓶容量

双轴拉伸PET 瓶具有一定的收缩率, 最大收缩率约为2%左右, 影响PET 瓶容量的因素主要有以下几个方面:

( 1) 模具的影响

PET 瓶的容量主要受模具尺寸、形状影响。每

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