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未来塑料包装材料的发展趋势

2021年07月09日 陕西机械设备网

未来塑料包装材料的发展趋势

从整个世界包装业的发展看,尽管塑料包装材料一直经受环境问题的严重挑战,但塑料包装在包装工业中仍成为需求增长最快的材料之一。为适应新时代的要求,塑料包装材料除要求能满足市场包装质量和效益等日益提高的要求外,还进一步要求其节省能源、节省资源,用后易回收利用或易被环境降解为技术开发的出发点。为此塑料包装材料正向高机能、多功能性、 环保适应性、新材料、新工艺、新设备及拓宽应用领域等方向发展。

高性能、多功能性塑料包装材料正成为许多国家开发的热点,并已有部分产品投入了工业生产。这类材料包括高阻渗性、多功能保鲜性、选择透过性、耐热性、无菌(抗茵)性以及防锈、除臭、能再封、易开封性等特性,其中以高阻渗性多功能保鲜、无菌包装材料等发展更为迅速。另外,近年来正在研究开发的纳米复合包装材料正受到关注。

聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)

PEN的树脂结构与PET十分近似,但PEN在所有方面的性能都优于PET,它具有如下特性:1.PEN的热变形温度比PET高30℃,达到100℃,可以用于热灌装。2.PEN的玻璃化温度比PET约高40℃,同时其拉伸强度、弯曲模量、弯曲强度也较高,故PEN的尺寸稳定性好,热收缩率低、长期耐热性好。3.PEN耐酸、耐碱、耐水解性和耐一般化学药品的性能优于PET。4.PEN是各种塑料中气体阻隔性较好的一种,对氧气、二氧化碳、水的阻隔性分别比PET高4倍,5倍,3.5倍。5.PEN与PET相比,对有机溶剂的吸附性较小,本身游离、析出性也低。6.PEN结晶度低于PET,易制得厚壁透明瓶。7.具有良好的抗紫外线性能。8.PEN有很好的卫生性能。

PEN具有优良的特性,是一种理想的包装材料。但PEN的价格昂贵,因而限制了作为包装材料的广泛使用,由于PEN与PET均属热塑性聚酯,化学结构具有相似性,因此,将一定配比的PEN与PET通过熔融共混制成聚合物合金,可以兼顾PET的经济性和PEN的耐热性、阻气性等优良特性,是目前PEN应用研究的开发重点,也是使PEN走向市场(尤其是包装领域)的主要途径之一。当10%~20%的PEN与PET共混后,对氧气、二氧化碳的阻透性可分别提高30%~50%和23%~37%,并可将对紫外线的遮蔽波长提高到380nm。PEN/PET共混或共聚物已用于食用油、酒类、碳酸饮料及啤酒的包装。

目前瓶类包装容器已成为PEN的主要市场。由于PEN具有优良的特性,用PEN吹制的PEN瓶,性能优于PET瓶。PEN瓶透明、热灌装温度可达约100℃,对紫外线、氧气、二氧化碳阻隔性好,并且耐化学药品,用于饮料、啤酒、化妆品、婴儿食品的包装,具有很大的实用性和市场。特别是在啤酒包装方面,更弥补了PET和玻璃的缺陷,成为近年来的热点话题。

Teijin公司是世界上生产双向拉伸PEN薄膜的先驱,早在1989年就成功的研制了高功能的PEN薄膜,在1993年建造了一条4000吨/年的薄膜生产线。此外Toray公司、DuPont公司等世界薄膜生产巨头也相继进入PEN薄膜生产市场。PEN可以使用与PET同样的设备制造,工艺过程与PET膜生产一样,通过熔融一挤出一双向拉伸制得PEN膜(BOPEN)。BOPEN具有优良的耐热性、气体阻隔性、耐水解性、尺寸稳定性等特点,且易制得厚度为0.8μm的极薄薄膜,利用薄膜的这些特性,可制得不同用途的包装材料,其中在食品包装、医药包装、保香包装及精密仪器耐冲力包装方面占据较大的应用市场。

聚偏二氯乙烯(PVDC)

PVDC是一种淡黄色、粉末状的高阻隔性材料。除有塑料的一般性能外,还具有自熄性、耐油性、保味性以及优异的防潮、防霉等性能,同时还具有优良的印刷和热封性能。

PVDC是当今世界上塑料包装中综合阻隔性能比较好的一种包装材料。它既不同于聚乙烯醇随着吸湿增加而使阻气性急剧下降,又不同于尼龙膜由于吸水性使阻湿性能变差,而是一种阻湿、阻气都比较好的高阻隔性能材料。它不但有优异的高阻隔性能,还具有优异的印刷性能、复合性能和透明特性。在实际应用中,PVDC涂敷膜对印刷油墨及设备没有特殊要求,因此不需要变更各工序的工艺,即可大幅度提高生产效率,降低成本。使用PVDC的复合包装比普通的PE膜、纸、铝箔等包装用料量要减少很多,从而达到了减量化包装及减少废物源的目的。在美国,PVDC制品属于无毒安全的塑料材料,已广泛用于食品包装;在德国、该包装材料拥有绿色标志;而日本、韩国市场上流通的小包装食品、药品、化工产品、电子产品中,有60%左右采用PVDC包装。随着这种新型包装材料的风行,近几年,西方国家PVDC树脂的产量逐年上升,美国的年增长率约为2%,日本则将近10%。

针对我国食品包装水平目前仍然比较落后的现状,有关专家指出,推广使用PVDC材料不但可以提高我国的包装产品档次,同时可以减少因产品包装而造成的损失,从而增强市场竞争能力,树立企业新形象。可以预见,在今后的包装产业中,充分合理使用PVDC涂敷膜将会逐渐成为我国包装业的主流,食品损耗也因此而大大降低。

水溶性塑料――聚乙烯醇(简称PVA)

聚乙烯醇(简称PVA)外观为白色粉末,是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物,性能介于塑料和橡胶之间。作为一种新颖的绿色包装材料,它在欧美、日本等国被广泛用于各种产品的包装,例如农药、化肥、颜料、染料、清洁剂、水处理剂、矿物添加剂、洗涤剂、混凝土添加剂、摄影用化学试剂及园艺护理的化学试剂等。它的主要特点是:1.降解彻底,降解的最终产物是CO2和H2O,可彻底解决包装废弃物的处理问题;2.使用安全方便,避免使用者直接接触被包装物,可用于对人体有害物品的包装;3.力学性能好,且可热封,热封强度较高;4.具有防伪功能,可作为优质产品防伪的最佳武器,延长优质产品的寿命周期。

就降解机理而言,聚乙烯醇具有水和生物两种降解特性,首先溶于水形成胶液渗入土壤中,增加土壤的团粘化、透气性和保水性,特别适合于沙土改造。在土壤中的PVA可被土壤中分离的细菌——甲单细胞(Pseudomonas)的菌株分解。至少两种细菌组成的共生体系可降解聚乙烯醇:一种菌是聚乙烯醇的活性菌,另一种是产生PVA活性菌所需物质的菌。仲醇的氧化反应酶催化聚乙烯醇,然后水解酶切断被氧化的PVA主链,进一步降解,最终可降解为CO2和H2O。

水溶性薄膜由于具有环保特性,因此已受到世界发达国家广泛重视。例如日本、美国、法国等已大批量生产销售此类产品,像美国的W.T.P公司和C.C.I.P公司,法国的GREENSOL公司以及日本的合成化学公司等,其用户也是一些著名的大公司,例如Bayet(拜耳)、Henkel(汉高)、Shell(壳牌)、Agr.Eva(艾格福)等大公司都已开始使用水溶性薄膜包装其产品。

在国内,水溶性薄膜市场正在兴起。据有关资料统计,我国每年需要包装薄膜占塑料制品的20%,约达30.9万吨,即便按占有市场5%计,则每年需求量也达1.5万吨。目前市场售价:美国产品为13~17万元/吨,日本产品为20~25万元/吨,国内产品销售价仅为美国的40%,平均售价为6万元/吨,因而在价格上具有很强的竞争力。随着社会的发展和进步,人们越来越注意保护我们赖以生存的环境,尤其是我国即将加入WTO,与世界发达国家接轨,对包装的环保要求日益提高,因而水溶性包装薄膜在我国的应用前景一定十分广阔。

聚吡嗪酰胺(PZA)

与聚苯乙烯相似,PZA聚合物是一种高度透明、有良好操作性能,并能阻抗水溶解的材料,适用于大多数热成型工艺,可使用传统加工设备,包括薄板和薄膜的挤出设备,吹膜制造、纤维抽丝以及注塑加工等设备。它与PET相比有着良好的价格和性能潜力,它还能提供优良的粘合性能和光泽特性,并具有良好的金属化特性。

目前这种PZA聚合物的商业应用包括:可堆肥处理的食品袋和“草坪废料”袋、酸奶包装纸盒、播种用席垫以及防止杂草生长的非编织覆盖物等。这种聚合物目前已在Cargill位于美国的现有PZAZT厂生产,今年年底可达到7200吨生产能力。虽然这种PZA树脂已在市场上崭露头角,但仍限于对生物降解方面的需求。

随着塑料包装产品质量的提高和功能性增加,新的包装用塑料品种不断的被开发出来,同时原有的塑料品种用途也进一步拓宽。特别是高阻隔塑料包装材料由食品包装为主,逐步拓宽到非食品包装领域,其中工业包装、医药包装、农副产品包装、建材包装、航海用品包装等都将会获得进一步发展。

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