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PP瓶挑战PET瓶

2022-04-28 来源:吉林农业机械网

PP瓶挑战PET瓶

前言

由于以下几点原因,聚丙烯成为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)吹塑瓶应用的强有力的竞争对手:相比较于PET,聚丙烯价格更低、质轻、更好的耐热填充和较低的湿气渗透性;某种透明聚丙烯相比于PET具有更高的透明度和光泽。

另一方面,聚丙烯瓶的循环利用比PET瓶的循环利用的时间更长,同时聚丙烯与PET相比具有较窄的加工温度;聚丙烯的气体阻隔性能不如PET, 弯曲性不如PET,但聚丙烯树脂的生产商和添加剂的制造者在克服这些缺点上迈了一大步。

市场/应用

尽管聚丙烯的单位价格低于聚对苯二甲酸乙二醇酯,但添加填料,额外加工或者添加阻隔层来提高聚丙烯相对于PET的竞争力的同时,可能降低其价格低的优势。但是与PET相比,PP作为包装材料在很多应用上具有更经济的选择。

由于聚丙烯对二氧化碳的渗析,所以聚丙烯还不能取代PET作为饮料包装材料;但吹塑聚丙烯瓶相比较于PET瓶在水、热果汁、冰茶和运动饮料包装上有一定的进展。聚丙烯瓶正在成为辅料、食品配料、调味剂和其它熟食的包装材料,同时也作为洗涤剂和清洁剂的包装瓶。不断扩大的食物容器,是未来聚丙烯的发展有利前途。

图 1: 考虑成本效益左边透明装水的聚丙烯瓶是临近PET瓶的最佳选择。

(来源: Milliken & Co.)

相应的性能

相比较于聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚丙烯的价钱便宜10-30%,且其密度小于PET(0.9 g/cc对1.35 g/cc),因此聚丙烯瓶的质量比聚对苯二甲酸乙二醇酯的质量轻。聚丙烯瓶可在100°C进行热填充,如果汁和果酱产品需在这样的温度下使用。相反普通的PET瓶不能在高于玻璃化转变温度76°C进行填充(然而,最近一些增强处理已允许PET在更高的温度进行填充)。

图 2: 无规聚丙烯的共聚物制造的瓶子可在100°C进行热填充,而没有任何的永久变形

(来源: Borealis A/S.)

聚丙烯对水分的阻隔性能大约是PET的5倍,但PP对氧气和二氧化碳的穿透率大约是PET的30倍,因此,PP瓶需要一层阻隔层,阻止气体进入或者从容其中溢出,而PET瓶不需要该阻隔层。

在纯状态下,PP不如PET透明,因此PP需要添加透明添加剂,使其透明性与PET相近;与PET相比,PP的热传导率低,因此在加工过程中需要较长的时间来进行加热或冷却PP,所以PP瓶生产循环时间比PET瓶长25%;成核剂在冷却过程中可以加速结晶,缩短循环时间,所以缩短循环时间可以提高透明度。

PP的加工温度范围较小仅仅是3-5°C,而PET的加工温度范围是10-15°C;在生产吹塑瓶时,PP预成型品生产线的装备相比较于PET预成型品生产线不是那么太昂贵。

加工

挤出吹塑生产的PP瓶可以用来包装番茄酱和调味剂、清洁产品、矿泉水、食物和饮料。

图3: 挤出吹塑PP瓶有一个手柄,不能用于PET注射吹塑加工。

(来源: Milliken & Co.)

拉伸吹塑模生产的PP瓶主要用于水、药物、晒干的食物和调味剂、家庭清洁剂、等压水和运动饮料、小孩用品、家用器件、液态肥皂和洗涤剂的包装。$分页符$

透明剂和成核剂

PP透明剂是成核剂的一种。成核剂的加入可以提高聚合物在冷却过程中的结晶度,加速聚合物的冷却、加速产品的循环时间,提高聚合物的弹性模量。透明剂也可以作为成核剂,使聚合物成形成小球(在冷却过程中形成微观结晶),该小球的尺寸比可见光的波长还小,与标准的聚合物相比,可分散少量的光,结果提高了聚合物的透明度。不是所有的成核剂都可以成为有效的透明剂。

透明剂一般是有机化合物,如山梨醇,可溶在热塑性熔体中。成核剂一般由滑石粉、羧酸盐或者磷酸酯组成,往往不溶于聚合物熔体。

透明剂已经历了几代的发展,在19世纪70年代推出的山梨醇仍然具有广泛的应用,同时也存在一些局限性,如在特定的情况下缺少透明性和高温不成片层。其它的山梨醇派生物正在解决此类问题,但仍然具有一些令人难闻的味道和气味。

图 4: 最新一代的透明剂(MILAND 3988)比早前的山梨醇DBS.可以提供更高的透明性

(来源: Milliken & Co.)

最近开发商提出的以山梨醇为基础的透明剂没有什么难闻的气味,如Milliker公司生产的Millad3988添加剂。聚丙烯透明剂最佳的应用浓度范围是2400到3500ppm,热重分析显示:相比较于山梨醇在325°C的稳定性,该类添加剂在370°C的加工温度仍具有一定的稳定性。同时也是一种成核剂,能提高5-20%的循环时间,相比于PET,PP更具有经济效率。

图 5: 提高透明剂的浓度来降低聚丙烯的雾性直到达到最佳的效果。

(来源: Milliken & Co.)

一般来说,在相同透明剂添加量下,无规共聚物聚丙烯比等规聚丙烯的透明性好。但用茂金属催化剂生产的聚丙烯均聚物与Ziaglar Natte催化剂生产的聚丙烯有相同的透明度。

更好的阻隔性

提高聚丙烯相对于PET吹塑瓶竞争力的另一种方法是减少聚丙烯的透气性。可通过采用双层结构的聚丙烯在外层,内层采用具有阻隔性能的乙烯乙烯醇(EVOH),考虑成本因素,这种瓶子可以象玻璃和PET容器一样应用在食物和饮料包装瓶中。

图6: 番茄酱的多层吹塑瓶已利用外层聚丙烯、内层EVOH来提高聚丙烯的阻隔性。

(来源: RPC 容器有限公司Oevel.)

另一种提高聚丙烯的阻隔性的方法就是使用特种涂层,如环氧-胺涂料涂覆在瓶子的外表,再高温硫化。这种材料市场上用的名字是Bairocade,由PPG公司生产,据说可以提高塑料瓶的氧气阻隔性能,不管是PET、PP或者其它的聚烯烃。

提高聚丙烯的性能

即使在室温条件下,聚丙烯瓶相比于PET,在冰箱中或者在冷冻情况下一般表现较低的冲击性能。研究表明混合透明无规共聚聚丙烯包含15%的塑料(乙烯/茂金属催化剂制备的聚烯烃)能明显提高聚丙烯瓶的冲击强度。ExxonMobil研究人员在2002年报道,在标准测试中,采用混合透明无轨共聚聚丙烯(高度为7.8ft)的冲击强度大于未共混的聚丙烯瓶(4.7ft) 的冲击强度。

结论

聚丙烯代替聚对苯二甲酸乙二醇酯作为碳酸饮料瓶似乎是不可能的,但有许多其它低成本、高质量的聚丙烯可以代替PET吹塑瓶。主要应用包括食物、饮料和其它的产品容器。许多聚丙烯的初始缺点和PET相似-透明度不好、循环周期长、较大的气体穿透率和低的冲击强度,已经采用透明剂或者成核剂,阻隔层的使用及茂金属为基础的成核剂,克服了这些缺点。沿着这条线进一步提高聚丙烯的性能及开拓聚丙烯市场。

来源: 塑料制品之窗

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