高阻隔耐热PET瓶材料的制备与性能研究*

董海东

(陕西工业职业技术学院，陕西咸阳 712000)

高阻隔耐热PET瓶材料的制备与性能研究*

董海东

(陕西工业职业技术学院，陕西咸阳 712000)

分析了微观相态结构与气体阻隔性能在分散相下的关系，并比较了在不同配比成分下PET/MXD6和PET/EVOH两种共混体系的气体阻隔性，提出了优化的配方方案，制备出高阻隔耐热的PET瓶材料，并通过注射-拉伸-吹塑成型PET瓶。

高阻隔，耐热，PET瓶，PET/MXD6，PET/EVOH

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) 是热塑性聚酯中最主要的品种，俗称涤纶树脂。它成本较低，材料性能优良，在饮料包装中广泛使用，但针对啤酒、热饮等对保温性、气密性要求较高的食品来说，该材料的强度、防止气体气体泄漏和耐高温的性能不能满足。分析PET/MXD6和PET/EVOH两种共混体系阻隔性与配比、工艺及共混物的微观结构之间的关系，制备出高阻隔耐热的PET材料[1]。

PET瓶的成型主要是注射-拉伸-吹塑(简称注拉吹)工艺方法，其中瓶坯成型的质量直接关系到PET瓶的质量。本文比较分析有缺陷的瓶坯和合格瓶坯所存在质量问题，制订出切实可行的成型工艺和模具结构优化方案[2]，采用合理配比的PET/MXD6和PET/EVOH 材料，注射-拉伸出合格的PET瓶坯，最后经过瓶坯加热和吹塑成型出合格的PET瓶[3]。

1 高阻隔耐热PET瓶坯结构的分析

如图1所示瓶坯整体透明，外形为中空薄壁塑件，壁厚为4mm，长度为159mm，口部为M40的螺纹，为方便脱模在距离瓶坯上部40mm处设置30′的斜角，瓶坯约67g。

图1 瓶坯Fig.1 Preform

2 PET瓶坯的模具结构分析

为保证成型出合格的无色透明的PET瓶坯，选用点浇口进料。由于PET材料注塑成型温度范围较小，为PET材料在整个成型周期内具有良好的流动性，在流道板内设置加热管以对流道内的PET料实施加热，最终只产生小段流道凝料[4]。采用此种热流道注塑模结构，在流道板中加热元件的加热保温作用下以确保PET熔料处于可流动成型状态[5]。PET瓶坯口部的螺纹采用弯销侧抽芯机构完成螺纹型环的抽芯，再由定距拉杆、推件板联合推出PET瓶坯，如图2所示。

图2 高阻隔耐热PET瓶坯模具结构Fig.2 High-barrier and heat-resistant PET preform molding structure

3 实验部分

3.1 主要原料

PET，特性粘度为0.81dl·g-1，韩国；MXD6，特性粘度为0.61dl·g-1，美国伊斯曼XL5069；乙烯-乙烯醇共聚物EVEVOH，牌号为EP-F101，日本可乐丽公司生产；聚丙烯接枝马来酸酐，EVOH-g-MAH，国内某公司生产。其他试剂和助剂，市售品。

3.2 主要仪器设备

单螺杆挤出机，PS-32-28A，北京塑料工业联合公司；直立式塑料混色机：SV-50E型，信宜塑料机械有限公司；注射成型机：JN168-E型，震雄集团有限公司；旋转式红外线加热器：浙江黄岩科达塑料模具机械有限公司；吹瓶机：JD-88-A型，浙江黄岩科达塑料模具机械有限公司；电子天平：HANGPING JA5003，上海天平仪器厂；扫描电子显微镜，S250-Ⅲ，英国剑桥；氧气透过率测试仪，QX-TRAN2/21，美国MOCON公司；薄膜测厚仪，MC，上海六菱仪器厂。

3.3 原材料预处理

由于PET、MXD6、EVOH对水极其敏感，容易吸潮而在加工时降解，因此所有原料均需要严格干燥。PET、MXD6在烘箱中130℃干燥24h，EVOH、PP-g-MAH、EVOH-MAH在烘箱中80℃干燥24h[6]。

3.4 高阻隔耐热PET瓶制备

首先，采用合理配比的树脂与相容剂共混在挤出生产线上挤出并造粒；其次，再将合理配比的PEI与造粒出的阻隔树脂混合材料注塑-拉伸-吹塑成型PET试样[7]，如图3所示。

图3 造粒法制备阻隔性共混材料的研究工艺过程图Fig.3 Process diagram of preparation of barrier property blending materials by granulation method

采用JN168-E型注射机及瓶坯模具成型78g的高阻隔耐热PET瓶坯，经过试模确定了PET/PEN瓶坯的注射工艺参数如表1所示。

表1 高阻隔耐热PET瓶坯注射成型工艺参数Table 1 Parameters of injection molding process of high-barrier heat-resistant PET preform

将注塑成型的瓶坯在红外线加热器中加热，其各段温度参数见表2。

确认瓶坯温度和软硬程度均匀后，手持瓶坯放置在吹瓶机中安装的吹瓶模具中，启动合模开关。瓶坯模具合模，压缩空气吹入瓶坯模中PET瓶坯中，PET瓶胀大贴模成型出PET瓶。吹瓶过程中，吹瓶压力为18MPa，吹瓶模具温度为25℃，吹瓶时间参数见表2。为保证PET瓶的美观和使用卫生，吹瓶使用的压缩空气须进行油水分离操作，可避免出现小水珠贴在瓶的内部。PET瓶见图4。

图4 高阻隔耐热PET瓶Fig.4 High-barrier heat-resistant PET bottles

表2 高阻隔耐热PET瓶坯加热温度、拉伸吹塑时间的设置Table 2 Heating temperature and stretch blow molding time of high-barrier heat-resistant PET bottle

4 PET/MXD6与PET/EVOH共混体系的性能比较

4.1 PET/MXD6共混物阻隔性能的分析

从图5(a)、(b)、(c)、(d)、(e)可看出，在PET/MXD6共混物中，其中分散相MXD6为片层结构，而且伴随MXD6在PET/MXD6共混物中比例的增加，该共混物的形态发生较大变化。其中在图(b)中共混物的片层结构长度和直径的比值很小，导致材料的阻隔性能较差且很难有改观。从图(b)、(c)、(d)、(e)可看出，片层结构明显增加，其阻隔性能明显提高。伴随MXD6在PET/MXD6共混物中配比的增加，该材料的阻隔性能逐步改善[8]。

(a)100/0/0；(b)90/10/2；(c)80/20/2；(d)70/30/2；(e)60/40/2图5 不同MXD6含量下PET/MXD6共混物形态的SEM照片Fig.5 SEM photos of PET/MXD6 blends with different MXD6 content

4.2 PET/EVOH共混物阻隔性能的分析

PET/EVOH共混物中的EVOH分散相为层状结构，对照图6(a)、(b)可发现其中的分散相在微观下的结构长度和直径比值较小，并且分布比较散。图6(c)中可发现其中的分散相呈现片状结构较多。伴随着共混物中EVOH成分的增加，其中片层的结构比较多，尤其是图6(d)中的片层结构已接近饱和。PET/EVOH共混物伴随着EVOH含量的不断增加，共混物的氧气透过率反而不断降低。

(a)90/10/2；(b)80/20/2；(c)70/30/2；(d)60/40/2图6 不同EVOH含量下PET/EVOH共混物形态的SEM照片Fig.6 SEM photos of PET/EVOH blends with different EVOH content

4.3 PET/MXD6与PET/EVOH共混体系的性能比较

分析图7可以看出，纯PET材料的气体透过率最高，两种共混物的气体透过率相比纯PET有很大降低，其中MXD6的气体透过率最低。纯PET的气体透过率平衡时间为25h，远低于两种共混物的100h，从上面分析可看出随着阻隔材料的加入，氧气在PET瓶中扩散系数大幅降低，也就是说气体阻隔能力明显增强。分析图8可以看出，纯PET的氧气透过系数是PET/MXD6共混物的4.75倍，纯PET的氧气透过系数是PET/EVOH共混物的3.06倍，可明显看出PET/MXD6共混物的阻隔性能更好。

图7 不同共混体系的氧气透过率曲线Fig.7 Oxygen permeation rate curves of different blending systems

图8 不同共混体系的氧气渗透系数Fig.8 Oxygen permeation coefficient of different blend systems

5 结论

(1)从分散相的微观结构与气体阻隔性能的关系出发，分析比较了在不同阻隔树脂含量情况下，PET/MAXD6和PET/EVOH两种共混物的气体阻隔性能，可得出PET/MXD6共混物中MXD6的配比为20%时，共混体物中MXD6用量最少且阻隔性能最好。而在PET/EVOH共混物中，EVOH的配比为20%时，共混物的阻隔性能最好。

(2)综合分析可得出，PET/MAXD6共混物的氧气渗透系数为纯PET的1/4.75，而PET/EVOH共混物氧气渗透系数为纯PET的1/3.06，因此比较PET/EVOH两种共混物的阻隔性，PET/MXD6共混物的阻隔性能更好。

(3)注塑成型合格的PET/MXD6瓶坯后，再利用红外线加热器对瓶坯进行加热、拉伸吹塑成型出高阻隔耐热的PET/MXD6瓶，相比较PET瓶具有良好的性价比。

[1] 何慧，沈家瑞.新型高效包装用高分子材料——聚萘二甲酸乙二醇酯[J].化工新型材料，1998 (1)：26-28.

[2] 盛平厚，丁筠，罗欣，等. PET/TPEE共混物结构与性能研究[J].塑料，2009，38 (6)：37-39.

[3] 苗迎春，吉振坡.高阻隔耐热PET/PEN饮料瓶的研制[J].工程塑料应用，2007，35 (5)：43-46.

[4] 行春丽，成战胜. PET/PEN共聚物的中空吹塑研究[J].塑料工业，2005，33 (5)：26-28.

[5] 苏娟华，杨永顺，陈拂晓.多浇口热流道注射成型PET瓶坯[J].工程塑料应用，1999，27 (11)：16-17.

[6] 王建华，徐佩弦. 注射模具的热流道技术[M]. 北京：机械工业出版社，2006.

[7] 黄汉雄.高阻渗性PET瓶的注拉吹成型[J].塑料，1993，22 (3)：17-20.

[8] 梁敏，邹东恢.阻隔性包装容器材料的研究与应用[J]. 辽宁化工，2002，31(7)：308-310.

Study on Preparation and Property of High-barrier Heat-resistant PET Bottle Material

DONG Hai-dong

(Shaanxi Polytechnic Institute，Xianyang 712000，Shaanxi，China)

This paper studied the relation of micro phase structure and gas barrier properties at the dispersed phase and made a comparison of gas barrier properties of PET/MXD6 and PET/EVOH at different blending composition，then proposed an optimized formulation，from which high barrier heat-resistant PET material was made，and further into bottles through the injection stretch and blow technique.

high-barrier，heat-resistant，PET bottle，PET/MXD6，PET/EVOH

2014年度咸阳市科技计划项目 “高阻隔耐热PET瓶材料的制备与性能研究”

TQ 323.41