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PP飲料瓶的應用

聚丙烯(PP)具有良好的成型性,可采用注射吹塑、注射拉伸吹塑、共擠出吹塑等方法製成中空容器。由於PP熱穩定性遠好於聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET),因此,PP飲料瓶在熱罐裝包裝領域具有發展潛力。PP飲料瓶最具發展潛力的市場在熱灌裝飲料,特別是茶飲料市場。由於包裝在飲料成本中占有很大比重,因此,即使已經使用PET熱灌裝瓶的企業,也有可能因此轉向。而一些新投資的茶飲料企業將可直接使用PP飲料瓶。因此,瓶用PP專用樹脂在飲料行業有著極大的商機。


1、PP飲料瓶的特點 

與PET瓶相比,PP飲料瓶具有以下幾個特點。
(1)PET熱灌裝瓶需要經過特殊的熱定型處理,隻能承受不大於93度的熱灌裝溫度,達不到茶飲料的熱灌裝要求。PP與之相比,可承受100度的灌裝溫度,使熱灌裝工藝變得輕而易舉。
(2)用於熱灌裝的PET瓶,需對其瓶型進行特殊設計,如瓶子的下部和底部必須製成特殊形狀才能承受熱灌裝時的溫度和壓力,而PP飲料瓶可以承受100度的高溫,因此,在設計上無須對瓶體提出苛刻要求,可設計成任意形狀的瓶體。
(3)PP飲料瓶具有明顯的成本優勢。這種 優勢來自3個方麵:一是PP的密度較PET輕得多,製造同樣體積的瓶子PP比PET節省原料;二是設備投資少,PET是極易吸潮的樹脂,加工前必須使用特殊的設備進行烘幹,這就增加了設備的投資;三是設備靈活度大,效率高。對製瓶廠,一般的做法是在淡季生產瓶子或瓶坯貯存以備旺季使用,但PET易吸潮,保質期隻有幾周,瓶坯的保質期也有限,而透明PP不吸潮,可長期貯存,這對提高企業的設備利用率是至關重要的。
(4)回收的PET瓶清洗比較麻煩,對侵蝕性洗滌劑的抵抗力較弱,也不能經受高溫消毒,而PP飲料瓶可全部回收再用


2、PP飲料瓶的成型加工 

PP飲料瓶以注拉吹方法進行中空成型,即將注塑機注射的熔融PP注入注塑模具,通過急劇冷卻而成型出透明的有底型坯,然後在另一工位將型坯內外加熱,達到一定溫度後將瓶坯延伸一定的比例,再充入壓縮空氣,獲得所需的中空製品。這種成型方法的特點是軸向與徑向有相同的拉伸比,可提高吹塑容器的機械性能、阻滲性能、透明性能、減小製品壁厚,這是吹塑成型中製品壁厚最薄的一種工藝。它具有壁厚均勻、尺寸穩定性好、質量輕、強度大等優點,因此應用範圍非常廣泛。注拉吹工藝可分為全自動一步法和全自動二步法。一步法工藝的主要代表為意大利的西帕(SIPA)、日本青木固和日本ASB。二步法工藝的特點是瓶坯在專用的高速注塑機上完成,它的生產效率一般較高,主要代表為加拿大郝斯基(HUSKY)的注塑機、法國西得樂公司的吹瓶係統,以及德國克虜伯公司的注塑機等。據報道,香港環保科技集團和東莞佳鴻機械製造有限公司開發的注拉吹PP飲料瓶加工設備,也采用了二步法的生產工藝,但工藝相對簡單。由於無須原料的幹燥處理,也不需要對瓶子進行定型和瓶口結晶等處理,因此,工藝較易控製,設備投資少,靈活性大,既可在同一套設備上生產普通PP飲料瓶,也可生產熱灌裝瓶,對設備的調校時間也很短。


3、PP飲料瓶的市場和需求 

目前中國飲料的年產量基本呈逐年增長的趨勢,是食品工業中發展速度最快的行業之一。中國飲料工業經過20多年的快速發展,從20世紀70年代或80年代單一的玻璃瓶裝汽水,發展到現在碳酸飲料、瓶裝水、果蔬汁、茶飲料、含乳飲料、植物性蛋白飲料(豆奶)、功能性飲料、固體速溶性飲料以及其他飲料共十大類。未來3~5年的飲料市場在保有現有的果汁、茶類、瓶裝飲用水、功能性飲料以及碳酸飲料等的基礎上,將會向低糖或無糖飲料,純天然、含乳類等健康性飲料方向發展。產品開發的多樣性將最終推動飲料包裝技術的進步和發展 


4、PP飲料瓶最主要及最具競爭力的市場是熱灌裝飲料包裝,其次是液體奶製品包裝等領域。 熱灌裝飲料包裝以茶飲料為例,全世界已在使用的包裝有玻璃瓶、金屬易拉罐、紙鋁塑複合熔體流動速率(MFR)在2~20g/10min,但大多在6~14g/10min。由於是中空吹塑級樹脂,一般相對分子質量分布較寬。另外,為了滿足包裝產品後的使用要求和美觀要求,PP原材料要具有一定的挺度、抗衝擊性能和較高的透明性。在生產聚合瓶用無規共聚PP時,要注意以下的控製關係。

(1)乙烯用量與透明性的關係。隨著乙烯含量的增加,無規共聚PP的結晶度下降,透明性得到一定程度的提高。在瓶用PP樹脂的生產中,根據加工工藝和製品透明度等物性的要求不同,總乙烯質量分數一般控製在1.0%~4.0%,在聚合物鏈結構中引入乙烯鏈段,能阻止PP的結晶,避免大的球晶生成,透明性變好。

(2)乙烯含量與剛性、韌性的關係。隨著乙烯含量的增加,無規共聚PP的懸臂梁缺口衝擊強度得以提高,而屈服拉伸強度逐漸下降。較均聚PP而言,無規共聚PP分子鏈中引入了乙烯鏈段,分子規整性降低,引起聚合物結晶度下降,使產品的懸臂梁缺口衝擊強度得到提高。聚合物優良的抗衝擊性能意味著剛性的損失。隨著PP的MFR降低和乙烯含量增加,其懸臂梁缺口衝擊強度提高,但剛性變差。這表現在屈服拉伸強度、洛氏硬度和彎曲模量的降低。因此在對飲料瓶樹脂進行分子設計時,要綜合考慮。飲料瓶成型加工工藝要求樹脂具有較高的熔體強度,因此在聚合過程中加入少量乙烯(質量分數1%~4%),既提高懸臂梁缺口衝擊強度又不使剛性下降較多。

(3)透明劑加入量對產品透明性的影響。除選擇適宜量乙烯外,為達到滿意的透明效果,在無規共聚PP的混煉工序加入增進透明作用的成核劑,可使透明性更為理想。另外,由於晶核的存在引起異相成核作用,使結晶速率加快,結晶尺寸均勻,在一定程度上彌補了乙丙共聚合帶來的剛性損失,從而使樹脂具有良好的物理性能,縮短成型時間,減少製品壁厚。幾種國外典型產品的性能如表2所示。這3種專用樹脂的性能比較接近,差別主要在於其添加的透明成核劑量可能不同,主要表現在模量性能上有所差異。中國石化揚子石油化工有限公司引進的BPAmoco氣相聚合工藝有2個無規共聚中空吹塑PP牌號,即B4901(MFR為1.4g/10min)和B4002(MFR為2.0g/10min),可在這2個牌號的基礎上,通過調節MFR和相對分子質量分布,並添加合適的透明成核劑,開發生產MFR在10g/10min左右,相對分子質量分布較寬的飲料瓶專用樹脂,以滿足市場的需求。


5、結語 

PP飲料瓶材料價格較低,穩定性、透明性好,不吸潮,耐溫性好,缺點是光澤度和阻隔性不如PET,但通過注拉吹製瓶工藝可以提高PP飲料瓶的阻隔性和耐溫性。它不僅可用於礦泉水等傳統包裝市場,而且在茶、果蔬汁、運動飲料和保健飲料等熱灌裝市場上極具優勢。此外,它在安全性、環保性、衛生性和內裝物的口感保持方麵均更為出色,已進入乳製品包裝領域,在國外尤其在日本已得到大量應用,也迅速成為國內市場新寵。