1、PET瓶的發展歷史

　　PET于1941年問世,最初主要用途是作為紡織原料,生產中空纖維、無紡布等產品;用作食品包裝容器的歷史并不長。在國外, PET瓶的生產從本世紀七十年代開始,最初生產各種規格的有底托瓶,主要用于灌裝碳酸飲料,直至九十年代,由于世界各國提倡環保的需要,新型的無底托PET瓶開始面世。在國內, PET瓶的發展只有短短的十幾年的時間,有底托的PET瓶生產始于1985年,1989年出現少量無底托PET瓶,直至1995年才開始正式大批量生產無底托PET瓶。由于PET具有突出的優越性能,例如:無毒、重量輕、透明度高、強度高、不易碎、耐壓性能良好、氣密性能良好和較穩定的化學性能,因此, PET瓶是一種理想的食品及飲料包裝容器。目前, PET的生產在國內的發展速度非常快,年產能力已達到數十億個,已成為碳酸飲料、礦泉水、食用油等的主要包裝容器。

　　2、PET原料與PET瓶的特性

　　2.1 PET的結構

　　PET屬于有機高分子化合物,是由碳、氫、氧三種元素構成。分子結構如下:H—[ OCH2CH2—OOC——CO!—OHPET一般由對苯二甲酸( PTA)或對苯二甲酸二甲酯( DMT)與乙二醇( EG)進行直接酯化反應或酯交換反應生成PET單體,再經過固相縮聚而形成的聚對苯二甲酸乙二醇酯。化學反應方程式如下:HOOC——COOH+2HOCH2CH2OH"催化劑堿HO—CH2CH2—OOC——COO—CH2CH2OH+2H2O

　　2.2 PET的物理性能

　　PET按聚合方式分為均聚和共聚PET,按用途分為紡織用PET、瓶級PET和片材級PET。瓶級PET的物理性能如表1。

　　表1瓶級PET的物理性能

　　序號項目特性值單位

　　1密度1.4 kg/cm3

　　2平均分子量25000~30000

　　3 IV值0.70~0.85

　　4熔點250~260℃

　　5 AA含量≤3 mg/Kg

　　6水分≤0.4 %

　　7顆粒形狀圓柱形或平行六面體

　　PET容易吸濕,需要特定的倉庫儲存,加工之前要進行有效的干燥。在生產原料和注塑成型過程中難以處理的殘留量使PET瓶釋放出乙醛。

　　2.3雙軸拉伸PET瓶的性能

　　( 1)具有良好的透光率與光澤,透光率大于85%;

　　( 2)具有良好的機械性能和抗沖擊性能;

　　( 3)具有良好的耐化學性能;

　　( 4)在常溫下( 20~30℃)具有良好的尺寸穩定性;

　　( 5)重量輕;

　　( 6)對氣體具有良好的阻隔性。

　　2.4 PET的化學性能

　　在一般條件下,特別是經過拉伸后, PET的化學性質很穩定,可以耐除堿性物質和部分極性溶劑以外的大部分化學藥品,但在PET瓶內充有較大壓力的氣體和惡劣的環境條件下,其化學性能會差一些。下列化合物會破壞PET的分子結構:

　　酮類(丙酮、甲乙酮)

　　醚類(二甲烷、四氫呋喃)

　　酯類(醋酸乙酯、苯甲酸甲酯、水楊酸甲酯)

　　鹵化烴類(氯仿、三氯乙烯)

　　苯酚類(苯酚、氯酚、甲苯酚)

　　強堿類(氫氧化鈉、氫氧化鉀)

　　強酸類(濃硫酸、濃硝酸、濃鹽酸)

　　酒精類

　　乙酰化單甘 油酯

　　環氧乙烷

　　甘醇

　　乙二醇醚

　　氧化胺

　　PET在特定的條件下會發生降解反應

　　( 1)水解反應

　　常溫下, PET基本上不發生水解反應。但在高溫、高壓或堿性條件下PET容易發生水解反應,反應速度較快,水解反應后, PET分子聚合鏈發生斷裂,分子量降低(即IV值降低) ,機械強度降低。所以,我們在生產瓶坯時一定要干燥PET切片。

　　試驗表明,在200℃下經過30min后, PET發生顯著水解反應,并隨反應溫度升高或反應時間的延長而加劇。若灌裝有一定壓力的瓶子,在堿性條件下, PET瓶容易與水發生水解反應。

　　( 2)熱降解反應

　　PET在高溫條件下易發生分解反應,分解產物主要為乙醛、二氧化碳,并不產生有毒氣體,當PET在較高溫度下(約300~400℃)則會完全分解。所以在生產瓶坯時,要非常注意調節好溫度,以免乙醛( AA)濃度太高,影響飲料口味。

　　3、PET瓶的生產工藝

　　3.1瓶坯的生產

　　PET原料干燥預熱熔融塑化注射成型迅速冷卻瓶坯倒坯理坯穿透爐加熱分布爐加熱預拉伸冷卻成型

　　3.2 PET瓶的吹制

　　經過拉伸后的PET,分子結構發生定向重排,機械性能大大提高。拉伸率越高, PET定向程度越大,瓶強度越高。

　　4、PET瓶生產過程中影響PET瓶質量的幾種主要因素

　　1)瓶坯:特性粘度≥0.81cm3/g,粘度降≤4%,存放時間不能超過三個月。純潔、透明、無雜質、無異色、注點長度及周圍暈斑合適。

　　2)加熱:在烘箱中由遠紅外燈管發出遠紅外線對瓶坯輻射加熱,由烘箱底部風機進行熱循環,使烘箱內溫度均勻。瓶胚在烘箱中向前運動的同時自轉,使瓶胚壁受熱均勻。烘箱的熱量由燈管開啟數量、整體溫度設定、烘箱功率及各段加熱比共同控制。

　　3)預吹:拉伸桿下降的同時開始預吹氣,使瓶胚初具形狀。預吹位置、預吹壓力和吹氣流量是三個重要工藝因素。

　　4)模具(冷卻成型)瓶身冷卻水溫度控制在30℃,瓶底冷卻水溫度控制在14~15℃,夏季要低一些。5)環境:室溫、低濕狀態下為佳。

　　5、PET瓶使用過程常見問題及措施

　　5.1水分對PET原料和瓶的影響

　　PET在通常濕度情況下,當進行熔融塑化時會發生水解反應。高濕度含量常常導致立即反應,結果分子鏈斷裂、降解,分子量降低(也就是Ⅳ降低)。PET的機械性能與特性粘度Ⅳ有關,Ⅳ越低,則PET的機械性能越差。

　　在中國長江以南地區和沿海地區全年平均相對濕度為85% ,部分地區春天和夏天相對濕度有可能高達90%以上,在高濕度環境下, PET會吸濕達到最大的飽和濕度。

　　水分含量越高,則PET的Ⅳ值下降越大。就以A04、104來說,值得注意的是含水量為0.01%時,其特性粘度為0.72,含水量為0.02%時其特性粘度變為0.63。在180℃由于干燥時間減少3/4h,特性粘度下降0.09。

　　干燥時間越長則PET原料里水分越低,但過度干燥也會造成PET降解。當加熱至180℃時,對于最大初始水分含量0.3%的原料,水分下降至0.14%;干燥4h可獲得0.004%的水分含量,這是瓶坯控制水分含量的上限。

　　5.2 PET瓶的儲存和運輸

　　由于PET具有容易吸水的性能,因此瓶坯、瓶子儲存時間越長則會吸收空氣中的水分越多,從而逐步降低原有的優良性能。高溫、高濕度環境會直接影響瓶子的使用。根據上述情況,我們建議PET瓶在春夏兩季相對濕度≥85%、氣溫≥35℃條件下,貯存期應控制在一個月內;在秋冬季相對濕度<85%、氣溫<35℃條件下貯存期應盡量控制在三個月內,貯存期的長短應考慮當地氣候條件。

　　5.3如何減少PET瓶中CO2的損失

　　( 1) CO2在PET瓶中損失的途徑

　　通過瓶身滲漏:如果PET分子間的空隙充滿CO2分子, CO2分子就會從瓶身滲漏出來, CO2滲漏速度與PET雙軸拉伸定向程度、瓶厚度、濕度和壓力有關。

　　PET材料對CO2的吸收:由于PET分子結構的多孔性(密度較小) ,使CO2分子穿透,產生吸收現象。

　　通過塑料蓋的損失: CO2從瓶蓋的損失量較少,室溫下CO2的損失量約為0.1~0.15cm3。

　　( 2)瓶容量對CO2損失的影響

　　同樣形狀的瓶子,容量越大,表面積與體積比越小, CO2的損失率越小;相反,瓶形狀越復雜、容量小的瓶子,表面積與體積之比較大,因此CO2的損失率也越大。

　　( 3)瓶厚度的影響

　　厚度越大, CO2的損失率越小。

　　( 4)減少CO2損失的方法

　　設計瓶子時選擇大容量的瓶,簡化瓶表面形狀結構;

　　增加瓶身厚度;

　　提高瓶的雙軸拉伸程度,使塑料分布更均勻;

　　以較低的溫度儲存、運輸汽水。

　　5.4 PET瓶容量

　　雙軸拉伸PET瓶具有一定的收縮率,最大收縮率約為2%左右,影響PET瓶容量的因素主要有以下幾個方面:

　　( 1)模具的影響

　　PET瓶的容量主要受模具尺寸、形狀影響。每一種瓶型模具尺寸通常是固定不變的。不同形狀的瓶子設計其收縮率會有所不同。瓶身上加強筋越少、瓶厚度越薄則瓶的收縮率越大。

　　( 2)環境因素的影響

　　環境溫度和濕度對瓶的容量影響較大,環境溫度越高、濕度越大則瓶的容量收縮越大。

　　( 3)生產工藝的影響

　　形狀復雜的瓶吹瓶時要求有較高的吹瓶壓力,若吹瓶壓力不足,則瓶成型不良,容量會偏小;若模具冷卻不足也會造成容量偏小。

　　( 4)瓶自然收縮

　　由于PET瓶會自然收縮,瓶模具尺寸在設計時會稍大一點。以1.25L PET瓶為例,剛生產的瓶平均容量為1260ml左右,經過標簽收縮后,容量會減少3~5ml,室溫下存放3d后,瓶容量會再減少5~6ml;但隨著瓶存放時間加長瓶子容量還會有輕微的收縮;使用OPP粘貼標簽雖然可以避免收縮標簽時瓶容量減少,但瓶還會自然收縮,這是無法控制的。

　　所以,要解決瓶的容量問題,可適當增大模具,控制生產工藝,改善倉儲條件,最主要的還是需要盡可能縮短瓶的儲存期。

　　5.5 PET瓶爆瓶的原因和預防措施

　　( 1) PET瓶爆瓶的定義

　　PET瓶在外力和多個方面力作用下,或者在化學物質作用下使PET發生降解,使分子鏈斷裂,瓶表面呈現脆性斷裂。

　　( 2)爆瓶的原因

　　有很多種原因會導致爆瓶,有內因,也有外因,其中很多因素是可以避免的。爆瓶位置通常發生在瓶頸或瓶底,瓶身很少發生爆瓶,因為瓶身的PET經過雙軸拉伸后強度大大提高;瓶頸至瓶口的PET是未經過拉伸的,分子沒有定向,強度較低;瓶底的拉伸率比瓶身的低兩倍左右,相關數據見表1。

　　表1未拉伸PET與拉伸PET強度對比

　　項目未拉伸PET拉伸PET

　　拉伸強度( kg/cm2) 4.5 9.5

　　CO2透過率( cc·mm/m2·24h·atm) 15.6 5.2

　　氧透過率( cc·mm/m2·24h·atm) 4.9 2.0

　　水分透過率( g·mm/m2·24h·atm) 1.4 0.7

　　熱水收縮率( %) ( 100℃×30min) 0~0.1 30~40

　　( 3)影響PET爆瓶的因素及改善措施

　　瓶子設計：形狀越復雜的瓶越難獲得良好的拉伸,在拉伸不良的部分,比較容易產生內應力集中現象,因此,容易導致爆瓶的現象。

　　PET的特性粘度( IV)的影響:為了使瓶子具有良好的物理化學性能, IV值不能太低,否則瓶強度不足;但IV值太高會給設備加工方面帶來一定的困難。

　　注坯和吹瓶工藝的影響:必須保證瓶子厚度分布均勻,獲得良好的拉伸,這樣爆瓶的可能形就會減小。

　　CO2的含量太高:已灌裝汽水的瓶內CO2含量一定時,瓶內壓力隨溫度升高而增大,然而PET瓶地耐壓能力有限(約10~20kg/cm2) ,若瓶內壓力太高,瓶底在極性介質作用下會加速發生爆瓶,一般瓶內適宜CO2含量為4.0~4.3倍。

　　鏈條潤滑劑影響:由于軟飲料生產過程中大多使用鏈條潤滑劑,而鏈條潤滑劑與PET瓶底接觸時間比較長,對PET瓶的影響也比較大。因此,鏈條潤滑劑的選用至關重要,必須是PET瓶專用的潤滑劑。若鏈條潤滑劑pH太高(強堿性)或太低(強酸性)對PET瓶都是不利,最好是接近中性( pH=7)。PET在堿性條件下比較容易發生水解反應。對于玻璃與PET瓶共用的生產線,由于玻璃瓶潤滑劑( pH= 12) pH較高,因此在轉為PET瓶之前,必須把生產線清洗干凈,清洗用水應使用飲用水。在使用PET鏈條潤滑劑時,必須嚴格按照提供的濃度使用,濃度不能太高,暖瓶機的水也要經常更換,以保持暖瓶機里水的pH較低。

　　露點溫度影響:在夏季,空氣濕度大,露點溫度較高,因此溫瓶機速度不能太快,暖瓶機溫度設置不能太低,以暖瓶機出口產品的溫度高于露點溫度2℃為易,但汽水溫度最好不要超過27℃以免影響汽水口味。如果汽水溫度低于露點溫度,汽水裝箱后,包裝內較潮濕,致使鏈條潤滑劑與瓶底接觸作用時間較長,容易出現爆瓶現象。特別是使用收縮膜包裝,更要注意。

　　暖瓶機水影響:有經驗表明,當暖瓶機水的堿度較高時,遇上連續潮濕的夏季,有可能導致PET瓶大量爆瓶。因此需要將暖瓶機水的總堿度降低至50mg(以CaCO3計)以下。

　　汽水堆疊高度影響:汽水堆疊高度不宜太高,一般每托5箱高,堆疊兩托盤。

　　貯存環境的影響:汽水貯存、運輸過程中不能曝曬。汽水的儲存環境不宜太高,一般要求儲存環境溫度低于35℃,貯存產品的倉庫內應有通風設施,倉庫內應保持干燥。