PET材料及工艺对其制品性能影响的研究

2024-04-09刘欢温浩宇

橡塑技术与装备 2024年4期

关键词：烫金牌号烧杯

刘欢，温浩宇

(四川省宜宾普拉斯包装材料有限公司，四川宜宾 644007)

PET 是弱极性高分子聚合物，具有透明特性，瓶级PET可以采用注拉吹工艺、拉片工艺、注塑工艺、吹膜工艺，生产各种瓶子、片材、盒子、膜等产品，大量应用于饮料、白酒、电子产品、医药等产品内外包装。

PET在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能和加工性能，作为包装材料具有以下优点[1～2]：

有良好的力学性能。

耐油、耐脂肪、耐稀酸、稀碱，耐大多数溶剂。

具有优良的耐高、低温性能，可耐-70 ℃低温，且高、低温时对其机械性能影响很小。

气体和水蒸气渗透率低，即有优良的阻气、水、油及异味性能。

透明度高，可阻挡紫外线，光泽性好。

无毒、无味，卫生安全性好，可直接用于食品包装。

美国FDA中也将PET材料定义为卫生安全性良好，可直接用于食品包装[3]，完全可以替代AS、PC原料制作与食品接触的包装件（以下简称“包装件”）。但是由于PET的加工特性与AS、PC等材料的差别较大，故必须对注塑工艺进行调整，使其能适宜于PET材料的生产，这是研究的重点。在此基础上对PET包装件在加工过程中AA值的控制，包装功能性，环境适应性及耐候性进行了研究。

1 实验材料与实验方法

1.1 实验材料

实验所采用的PET材料为公司自产，抗冲击PET牌号：PET152，普通瓶级PET牌号为：PET150。

实验采用的其他材料及试剂见表1。

表1 实验所涉及的材料及试剂

1.2 实验方法

1.2.1 PET材料卫生性能的测试

卫生性能的测试方法或标准见表2。

表2 PET材料卫生性能的测试

1.2.2 PET包装件的包装功能性测试

PET包装件的包装功能性主要涉及包装件的强度及韧性，主要的测试方法及相关内容见表3。

表3 PET包装件的物理测试

1.2.3 PET包装件的环境适应性测试

PET包装件的环境适应性，主要是耐大气中SO2气体对印刷或附着在PET表面的材料的破坏，测试方法如下：

1.2.3.1 品准备

将膜材按用途经烫印工艺印在PET片材上，将印制部分切成样片（规格：100 mm×300 mm），打孔后穿上塑料绳。

1.2.3.2 试剂配制

（1）在50 mL烧杯A中配置30 mL 1%氯化铵和1%硫酸钠的水溶液。

（2）称量0.4 g硫代硫酸钠，放入烧杯B。

（3）用移液管量5 mL稀硫酸（0.5 mol/L）放入烧杯C。

1.2.3.3 测试过程

（1）将干燥皿放入通风柜中；将样品绑在干燥皿的中间隔层上，使样品竖直悬于干燥皿底部；

（2）将烧杯A放入干燥皿中；

（3）将烧杯B放入干燥皿隔层上，倒入C中的稀硫酸，迅速盖上密封盖。

1.2.3.4 测试记录

测试时间24 h、48 h、72 h记录样品变色情况。

1.2.4 PET包装件的耐紫外老化测试

测试方法及相关内容见表4。

表4 PET材料的耐紫外老化测试

1.2.5 PET包装件注塑工艺调整

试验设备为HUSKY 1#注塑机，试验原料牌号为PET152，模具为48腔模具。实验参数见表5。

表5 试验参数表

2 结果与分析

2.1 乙醛含量及可溶性元素含量

根据PET材料的食品安全要求，须控制PET制品中乙醛（AA）的含量[4～6]。为分析研究加工工艺对PET制品AA值含量的影响，我们采用多种工艺参数进行了正交试验，数据见表6。

表6 正交实验表

对于各因素列，算出各个水平相应AA值之和（T）。由表6可以看出：

对于每列，比较T1、T2、T3的大小，因为AA值越小越好，所以AA值之和小的水平较高，故：第一列T3小、第二列T3小、第三列T1小、第四列T3小，即周期为17 s、2区温度为273 ℃、6区温度为300 ℃、向后位置为55 mm时为最好。

计算各列的极差R极差大小通常意味着因素对试验结果影响的重要程度，生产周期R=17.3为4个影响因素中的重要因素。对AA影响最大的因素为周期，计算极差大，在趋势图表现为波动大，另外6区温度、向后位置这两个因素仍有“潜力”可挖。

表7是PET包装件的可溶性元素含量测试结果。

表7 PET包装件中可溶性元素含量

由表7可以看出，该牌号的PET包装件的可溶性含量是符合相关食品卫生性能规定的[7～8]。

2.2 PET物理性能

PET包装件在生产和使用过程中易出现破裂，对产品功能性产生影响[9～10]，对此，我们对AS材料包装件和各种不同配方PET 原料包装件分别进行正面和侧面压缩测试。对其载压性能和冲击性能对比分析见图1、图2、表8。

图1 装配下管正面垂直载压

图2 未装配下管侧面垂直载压

表8 冲击性能测试

由以上的实验数据表明，PET原料包装件较AS原料包装件韧性更佳，PET两种配方原料中则PET152配方韧性更佳，PET152配方的载压性能和抗冲击性能完全能适应PET包装件的生产和使用。

2.3 PET制品烫金后环境适应性

耐SO2气体破坏的实验结果：

实验采用PET150和PET152两个牌号，分别采用5种烫金膜，结果见表9。从结果可以看出影响PET制品表面烫金字体或图案不易被SO2腐蚀的关键因素是烫金金属膜[11]，金属膜的膜层越致密，其阻SO2分子侵入的效果越好，宏观上表现出来就是字体或图案不易变色、脱落。由表9可以看出，相对于其它厂商的烫金膜来说，厂家三的烫金膜其金属层更加致密，因此其抵御SO2腐蚀的能力就更强。