PETG热收缩标签的应用研究

◎ 齐 兵

（上海康识食品科技有限公司，上海 201103）

热收缩膜是指在受热状态下会收缩的薄膜，其收缩后能够紧贴在目标物体的表面，经常被用来作为一般商品的包装材料，目前已广泛应用于食品、饮料、医疗、电子电器和玩具等领域。热收缩膜受热收缩的特性使其特别适合用来作为聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Glycol Terephthalate，PET）饮料瓶的标签材料。

热收缩标签的制备是先将热收缩薄膜进行凹版印刷（少数采用柔版印刷），然后进行分切，再通过合掌设备进行合掌，做成筒状标签，一般会进一步的收卷做成整卷的标签，便于储存及运输。在使用时会经过套标设备，将连续的筒状标签分切成长度一致的单张标签，接着将标签套在瓶子的外部，然后通过蒸汽或电进行加热使标签收缩并紧贴在瓶子的表面[1]。被广泛使用的热收缩标签材质主要有聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）、改性聚对苯二甲酸乙二醇酯［Poly（ethyleneterephthalateco-1,4-cylclohexylenedimethylene terephthalate)，PETG］和拉伸聚苯乙烯（Oriented Polystyrene，OPS）3种。在国内饮料市场中，PVC的应用最为广泛，而PETG的占比逐年上升，OPS的使用相对较少。

PVC标签成本低、透明度好、光泽度高、收缩率适中、收缩温度范围大以及对热源要求不高，横向收缩率一般在40%～60%[2]。但其环保性差，使用受限。PVC燃烧时会有HCl等酸性物质产生，腐蚀焚烧炉，并有可能产生二噁英气体，不利于环保，在欧洲、日本及其他一些国家和地区已被禁止或限制使用。

PETG是在PET的基础上加入1,4环己二甲醇进行改性，透明度很好，且具有较大的横向收缩率（最高可达80%），一般几何外形复杂的瓶体经常选择PET材料作为标签材料[3]。此外，与PVC相比，PETG更利于环保。但之前因原料成本较高，收缩力过大，在使用中也受到一定限制。目前随着市场的成长，PETG热收缩标签价格正逐步降低，其在收缩标签中占有的市场份额正以较高的速率递增，是替代PVC的理想材料。

OPS收缩性能良好，最高可达70%左右，但拉伸强度较小、自然收缩率较大，对贮存、运输温度要求高，必须保持在25 ℃以下，否则可能产生收缩变形[4]。

综上所述，标签去PVC化是发展的趋势，而PETG标签作为PVC标签的替代选择，不仅可以解决PVC标签应用过程中的环境污染问题，还便于回收，因此对于PETG标签应用的研究越来越受到重视[5]。

1 材料与方法

1.1 实验原料

适用于矩形瓶的印刷PVC标签（厚度50 μm），杭州顶正包材有限公司提供；适用于矩形瓶的印刷PETG标签（厚度45 μm），杭州顶正包材有限公司提供；矩形PET瓶（已罐装水且密封），自备。

1.2 实验设备

KSL-3500，上下式蒸汽管道收缩设备，劲皇工业有限公司；S3000-C2，阶梯式蒸汽管道收缩设备，禾庆机械（苏州）有限公司。

1.3 实验方法

（1）使用上下式蒸汽管道收缩设备进行PVC标签的收缩测试。通过调整蒸汽压力使收缩炉的温度满足PVC材质的收缩起始温度，然后将矩形PET瓶套上PVC标签，进入收缩炉进行少量的收缩测试，期间微调蒸汽管位置及蒸汽压力，确认收缩效果稳定后，维持参数不变，连续测试1卷瓶标，完成后观察整体收缩效果，统计褶皱不良率。然后将测试标签切换为PETG标签，固定参数后，重复上述测试。

（2）改用阶梯式蒸汽管道收缩设备进行测试。标签仍采用PETG材质，同上述调整过程，完成测试。

（3）继续使用PETG标签，切换回上下式蒸汽管道收缩设备进行测试，但对工艺进行调整。在样品进收缩炉前向套好的标签表面喷水雾，减缓标签表面温度上升的速度。同样在收缩效果稳定后进行连续测试，统计结果。

测试期间对标签的上线性（如掉标、卡标等）状况也进行了记录。

2 结果与分析

2.1 标签材质对收缩效果的影响

因上下式蒸汽管道收缩设备每个收缩炉内可调整的蒸汽管道只有一组，无法实现更细化的分段收缩，实验结果表明，对于使用同样设备的PVC标签和PETG标签，PVC标签能够达到相对理想的收缩效果，而PETG标签就会出现明显的褶皱现象，褶皱图片如图1所示，褶皱数据如表1所示。

表1 不同材质标签收缩后的褶皱比例表

这主要是因为热收缩膜的性能与其结构相关，与PVC薄膜相比，PETG薄膜的结晶度更低，在生产的拉伸过程中控制定型温度在玻璃化转变温度附近，可以最大的提高原料的极限收缩率。而且，PETG分子间的作用力大于PVC，使其薄膜收缩速率更快，收缩速率变快的同时，收缩力也更大。同时，PETG的分子结构更加复杂，会抑制分子链的运动，收缩起始温度也更高，两者的收缩曲线如图2所示。因此，PVC标签的收缩相对比较缓和，而PETG标签的收缩就会更快一些，对于收缩设备要求会更高。

2.2 收缩设备的影响

将上下式蒸汽管道收缩设备更换成阶梯式蒸汽管道收缩设备，使每个收缩炉内可调整的蒸汽管道变为多组，这样就能做到精细化调整，且可调整范围更广，可根据需求实现分段式的渐进收缩。首段蒸汽管道用于底部定位，然后逐段调整蒸汽压力，使标签由下至上均匀收缩，使整个收缩过程更平缓，这样能使PETG标签的收缩过程更趋近于PVC标签，可明显提高PETG标签的最终收缩效果，减少褶皱现象，如表2数据所示。

表2 经不同设备收缩后的标签褶皱比例表

2.3 工艺的影响

针对上下式蒸汽管道收缩设备做出工艺上的调整以改善PETG标签的收缩效果。在收缩炉进口处对标签表面喷水雾，标签上的水雾层，能吸收蒸汽的部分热量，有效阻止PETG标签升温过快，使标签的收缩过程更平缓，更可控。此措施能有效改善PETG标签的收缩效果，如表3数据所示。

表3 经不同工艺收缩后的标签褶皱比例表

2.4 上线性的影响

实验过程中，发现PETG标签容易出现切不断、毛刺、切口不平整等问题，这是由于PETG比PVC具有更高的硬度，对切刀的刀盘平行度及刀片锋利度都要求更高，需要定期对刀盘及刀片进行保养及更换。

PETG标签还出现了卡标的问题，也是由于与PVC相比，PETG较硬，所需合掌压力大，造成标签压痕明显，套标过程中易出现下标不畅造成卡标，需要在保证合掌效果的前提下对合掌压辊的压力进行适当降低。

3 结论

相较于PVC材质，PETG材质的标签收缩速率更大，收缩过程控制的难度更大，容易出现褶皱等现象，难以达到预期的收缩效果，且上线性能对设备要求也更高。但考虑其拥有更大的收缩率范围和在环保上的优势，PETG的应用前景仍十分广阔。本文通过对比实验，验证了改善PETG收缩效果的技术方案，如增加收缩炉内可调蒸汽管道的数量、喷水雾降低标签升温速度等，均达到了改善PETG收缩效果的目的，使其收缩适用性接近PVC。

随着可持续发展战略的持续深入以及我国对于生态环境保护认知的进一步提升，PETG标签替换PVC标签已经成为环保领域的热门议题。因此需要更多的包装企业投入资源与精力，去解决PETG标签应用过程中的困难，并在产品研发阶段开展绿色设计，从而有效实现环境保护与经济增长互利共赢。