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塑料原料

利用多层阻隔技术释放PET包装的潜力

发布于:2017/9/21 20:45:40

关键词:PET,电子,添加剂,挤出机
简    介:自包装行业采纳PET的早期,人们就已认识到这种材料的优异性能,它能在不少食品、饮料、家居跟个人护理产品中替代玻璃跟铝质包装。除了拥有容纳跟分配产品以及向消费者传递营销信息的作用以外,包装还必须为其内容...

  自包装行业采纳PET的早期,人们就已认识到这种材料的优异性能,它能在不少食品、饮料、家居跟个人护理产品中替代玻璃跟铝质包装。除了拥有容纳跟分配产品以及向消费者传递营销信息的作用以外,包装还必须为其内容物给予必要的保护,列如至少在计划的保质期内。一些简单的应用例子包括阻止碳酸饮料所含的二氧化碳逸出,阻止氧气接触敏感的果汁跟酱汁产品,以及限制乳制品暴露于光照(包括可见光、紫外线或红外线)下。虽然PET比不少别的包装聚合物有着更好的阻隔性,但它依然是可透气的,而且包装的内容物会跟环境之间发生一定程度的气体交换,这通常成为限制产品保质期的因素。

  随着包装尺寸的减小,怎么样为产品给予充足的保护已成为一项日益严重的挑战。气体进军(或损失)的速率跟包装的表面积成正比,而允许进军或离开包装的气体总量由产品体积决定。随着包装体积的减小,表面积跟体积之比不得避免会增大,这就需要通过改善包装阻隔性来满足必要的产品保质期的要求。在消费者对小包装(含量控制跟随时随地消费)的偏好以及品牌所有者对上架产品实行差异化的需求继续增长的推动下,小容量包装将越来越普遍。小容量包装还能让品牌所有者以广大潜在消费者可以接受的价格点向新兴市场推出产品,而不会侵蚀价值。

  改进PET包装阻隔性能的传统方法

  扩展PET包装的阻隔性能有多种方法,最终选择哪种技术将取决于多个因素。这些因素包括阻隔性能所需改善的程度、持续生产灵活性的需要、物流链的局限,当然还有生产的总成本。

  二氧化碳损失的相比——单层、单层混合跟多层阻隔技术的相比

  改进传统PET包装的阻隔性能最简单的解决方案是在注塑系统的挤出机上将PET跟一种市售的阻隔材料混合。混合产物的耐透气性(被动阻隔)得到改善,甚至能够主动捕获聚合物基质中的氧分子(活性氧清除剂)。这种方法除了聚合物计量跟混合助剂之外,不需要任何设备更换,这在某些状况下兴许是一种适当的解决方案。但最简单的解决方案往往也会有严峻的局限性,甚至会带来害处。阻隔性改善因子跟添加到混合物中的阻隔材料的量成正比。随着添加剂水平的增加,PET瓶的清晰度跟透明度通常会下跌,这就限制了在持续需要的包装外观的状况下所能达到的改善程度。更为重要的是,跟多层包装比较,混合方案会增加阻隔材料的成本,而且对可回收性有着潜在的影响。

  给瓶子涂层是改善单层PET包装耐气体渗透能力的另外一个可选择的方案。在瓶子内表面涂一薄层玻璃状涂层能够形成高效的防气体渗透被动阻隔。可在吹塑工序之后的等离子处理时进行涂层。氧化硅涂层清澈透明,而无定形碳涂层则会给透明的包装增加浅黄的颜色。这种涂层的效果可能受到瓶子变形的限制,会破坏瓶子的完整性,使阻隔性改善的净效果下跌。比较之下,多层共注塑阻隔解决方案则给予了更大的包装设计自由度,由于这样一来包装变形程度对阻隔性能就不那么重要,甚至是无关紧要。这样还能够加入活性氧清除剂材料,阻止氧气进军,以降低顶部空间中的氧含量。在有应用需要时,还能够创造出可以给予光阻隔的多层结构。

  在操作层面上,因为耗材成本低,所以涂层方案拥有吸引力。同时,因为等离子涂层系统是吹瓶跟灌装之间额外增加的工艺步骤,对瓶胚注塑厂商而言,要供应多个吹瓶生产点成为了一项挑战。系统供应商的选择,除别的因素外,还要考虑所选涂层的类型。阻隔涂层的质量控制是通过监测工艺参数实现的。氧化硅涂层本身只能运用实验室级仪器,如扫描电子显微镜来检测。多层瓶胚中的阻隔层分布的质量能够通过非破坏性跟破坏性的检查手段来肯定。

  多层瓶胚是通过顺序注塑或同时共注塑工艺而完成的。用上述两种工艺得到的瓶胚都包含一个独特的阻隔材料层,夹在PET的内层跟外层之间。尽管在食品跟饮料行业中通常会同意运用阻隔材料,然而另外一个好处是,惟独PET能跟内容物直接接触。注塑之后的吹瓶跟灌装步骤不需要改变现有的生产流水线,这就意味着在需要时,生产商可以持续灵活性,通过运作一家中央注塑设备工厂来供应多个吹瓶跟罐装地点的需求。

  赫斯基多层阻隔技术

  赫斯基的多层技术是一种完全集成的系统解决方案,它以公司的HyPETHPP产品线一流的单层瓶胚性能跟可靠性为基础。同时,因为PET跟阻隔材料可同时通过浇口流入模腔,共注塑能缩短注塑周期并具备注塑薄壁瓶胚的能力。多层熔融流在共注塑热流道的注嘴中形成,假定能持续一模一样的热流道注嘴间距跟界面,标准模具的冷半模能够在单层跟多层系统之间互换。虽然共注塑系统必须配置有两个注塑单元跟一个共注塑热流道,以及必要的辅助跟控制系统,赫斯基的多层系统则有着充足的灵活性,既能够运行单层模具(完整模具跟热流道)也能够出于需求、季节性或目的市场的变化,在不更换模具的状况下生产单层瓶胚。

  多层阻隔技术可将阻隔层精确地放在需要的地方。左图是偏置黑色层,远离表面趋向关键。右图是一个完全密封的瓶胚圆顶。

  跟PET的单层混合物比较,被动跟主动阻隔材料在多层包装中的浓缩层中运用时均更有效。只需运用约50%或更少的混合阻隔材料,即可在多层阻隔包装中取得一模一样的阻隔改进因子以及相关的保质期。共注塑系统的效果已有报道,并在实验室研究中得到证实。尽管二者的机理不一样,它对于必须阻止氧气接触产品的氧气清除剂应用,以及必须将碳酸化持续在包装内部的被动阻隔应用均适用。对于被动阻隔层的状况,通过为气体分子产生更密集的“栅栏”来降低气体渗透率。对于活性清除剂的状况,通过确保惟独到达阻隔层的氧分子跟清除剂反应并被捕获来延长清除剂材料的作用能力。

  尽管光阻隔应用不涉及气体扩散机制,但仍能从多层技术中取得类似的材料成本跟包装性能优势。在室温下,为更长时间保存乳制品(如超高温处理牛奶)的保存能力受制于多种因素,包括核黄素( 维生素B2)的分解以及光照引起的蛋白质跟脂肪的氧化,导致营养价值跟口味的损失。单层瓶胚的TiO2母料(氧化钛通常使用于产生强烈不透明的白色)含量很难明显高于12%,而且在某些点上不得能拉伸吹瓶,从而限制了其所能达到的光阻隔能力。比较之下,因为多层瓶胚在白色PET中包含一个隐藏的黑色PET层,其透光性大大降低,最高可阻挡99.99%650nm波长的光,同时又减少了对昂贵的不透晓得色添加剂的需求量。

  因为可以通过瓶胚拱顶给予不间断的阻隔层覆盖,提升了整个包装的阻隔性能,这对于对氧气跟光敏感的产品尤为重要。特殊地,某些食品类型(例如意粉酱汁)在包装内不容易被混合,导致在未被阻隔层覆盖的包装部分可能发生局部氧化,从而造成变质。赫斯基的热流道设计跟控制系统允许以圆顶端部封闭或开放(瓶底有无阻隔层均可)的方式来注塑多层瓶胚,在前一种状况下,可给予出色的端部处理(后缘)控制或阻隔层。

  2015年,赫斯基开始选择性地跟一些早期采纳客户合作,在市场上推出这个多层技术。

  从那时起,客户已选择依靠这种解决方案来为各种产品给予包装,包括碳酸软饮料、矿泉水、果汁、酱汁,目前已扩展到乳制品、啤酒跟个人护理产品的应用中。在各种状况下,多层技术均能让客户以一模一样的成本达到更长的保质期,或以更低的成本达到一模一样保质期,同时让注塑解决方案持续完全的灵活性,而不会对下游设备或物流造成额外限制。

  降低总生产成本的一个重要因素是可以精确地为具体的产品肯定用量并分配刚好适量的阻隔材料,同时持续赫斯基HyPETHPP系统的强劲生产力。众所周知,原料成本是包装总成本的主要组成部分。阻隔材料虽然占包装重量的百分比相对较低(通常为2%至15%),但要比PET贵得多。这就使得怎么样确保将最小必需用量的阻隔材料输送到每一个模腔,并以最有效的方式分布在瓶胚内显得至关重要。

  这种先进的控制水平惟独通过采纳独特的,最先进热流道设计的完全集成的系统才能达到。热流道所基于的技术即便在所有控制装置尚未进行生产调整之前,也能完成前所未有的平衡度。这就减少了热流道中熔融流体分裂的次数,而这也是热流道不平衡的一个最重要的因素。

  这种热流道技术还给予了前所未有的设计自由度,优化了两种材料熔体输送系统的流道布局,完成了高度的热控制。不少阻隔材料拥有较低的熔点,而且对温度的敏感性比PET高。过热或滞留时间过长均可能导致材料降解。这不只影响瓶胚跟瓶子的质量,还会增加热流道翻新的时间。运用赫斯基的共注塑热流道,两种材料的输送系统是热分离的,并由嵌入式Altanium控制系统独立控制,确保当两种材料在浇口之前混合时,阻隔材料仅受PET加工温度的控制。

  熟悉共注塑的注塑厂商会认识到,为了改善热流道平衡跟确保熔体在多个浇口的流动跟温度变化率尽可能均匀,能够通过降低跟升高分流板跟注嘴头的温度来调节热流道。赫斯基热流道通过增加分流板区的数量跟单独控温的注嘴头来完成控制的灵活性。传统的气动阀门系统已经升级为电动伺服的板驱动同步阀针式系统。同时,这种高度的平衡性意味着进一步调整性能所需要的温度范围明显降低,进一步降低了阻隔材料所承受的最高温度。

  多层阻隔技术适使用于各种应用,包括碳酸软饮料、矿泉水、果汁、酱汁,现已扩展到乳制品跟啤酒行业。

  赫斯基的客户经过在现场数百万个生产周期的运用后,对热流道的性能稳定性作出了评价,这种稳定性不需要计划外的维护即可达到。当用对温度敏感的阻隔材料生产时,在系统关闭跟重新启动期间用PET清洗两个热流道熔体输送系统是一种非常好的做法,并且目前已经完成了自动化。即便是最好的维护措施也难免发生意外事件,例如异物感染原料。要是感染物颗粒进军热流道,最可能的阻塞区域是热流道注嘴,由于这里的熔体通道最小。过去,该部位是出了名的难以清洗,往往需要将整个热流道拆下。HyPETHPP5阻隔系统拥有前置可拆卸注嘴设计,可在注塑机中通过锁定模腔板,使注嘴头露出来维护或更换热流道注嘴。

  虽然共注塑比传统的单层注塑工艺复杂,但整个系统的运作得到赫斯基的智能化,以瓶胚为中心的控制系统的支持,将注塑流程跟辅助设备的各个角度集成在一起。新产品生产的流程设置开始于为瓶胚质量制定单层工艺流程。在启动阻隔材料注入后,控制系统将根据阻隔材料的含量自动调整PET注塑曲线,并生成阻隔层的注塑曲线,这点可由操作员进一步细调。对共注塑工艺陌生的客户发现,赫斯基系统对用户很友好,经过短时间的培训后,客户即可放心地在生产中进行操作,同时可通过赫斯基服务网络快速、有效的支持来保障系统运行的各个角度。

  赫斯基的多层技术为需要强化阻隔性能的食品跟饮料产品的生产给予了一个完整、集成的解决方案,拥有很高的性价比、生产效率跟灵活性。它让品牌所有者可以依靠PET来生产更具吸引力的包装。这些包装在商场的货架上脱颖而出,支持替换可取代的材料,所有这些因素均有助于提升PET包装材料的增长潜力。

  见证成功

  在推出新的多层技术时,赫斯基跟欧洲最著名的瓶胚跟PET瓶制造商合作,对这一领域的解决方案进行了测试跟验证。因为在合作验证新技术角度有着业已证实的记录,赫斯基明白这家欧洲客户很适合作为早期的合作伙伴。两家公司也共同致力于开发解决方案,推动PET行业向前发展,并拓展可寻址的PET市场。这对于赫斯基的客户也是绝佳时机,由于他们现有的共注塑阻隔层系统正在过程维护、维修跟稳定性问题,期待能找到升级解决方案。

  这个客户欧洲工厂中的第一套多层系统的安装跟启动得到了赫斯基地区服务工程师及来自公司加拿大安大略省博尔顿市总部的多层阻隔问题专家的全力支持。作为合格认证经历的一部分,这个系统成功实现了两批多层瓶胚的不间断生产,一批是28克汽水瓶的瓶胚,另一批是14克果汁瓶的瓶胚。

  事实上,要是将赫斯基的新型多层技术跟其现有的共注塑阻隔系统进行相比的话,客户在运行系统几个月后并未发现性能的变化。在过去,每当测试取代品时,他们通常会在几个星期后看到阻隔性能的恶化,本次却不一样。他们还发现,对阻隔层重量的控制有了明显改善。在用赫斯基的新型多层阻隔层系统生产时,对瓶胚阻隔层含量控制的准确性跟可重复性明显优于当下所能达到的水平。两种应用都是按阻隔层占瓶胚总重量的+/-0.5%的公差生产的,这是在缩短注塑周期达40%的同时完成的。

  在用完全一模一样的应用跟现有竞争对手的共注塑系统进行相比时,赫斯基的多层系统能以更一致的方式运行更长的时间,而无任何性能上的下跌,同时能够降低对热流道的维护需求。今天,这家客户正不断跟赫斯基就将来的多层阻隔项目开展合作。