世界高性能聚酯飲用瓶的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

據(jù)相關(guān)人士預(yù)測(cè)，今年啤酒銷售量將打破2300多萬(wàn)噸，2005年將達(dá)到2600萬(wàn)噸，2010年將達(dá)到3250萬(wàn)噸。因此，研究高性能塑料瓶特別是聚酯飲用瓶就具有十分重要的意義。

    高性能塑料瓶一直是食品界和包裝界追求的無(wú)缺目標(biāo)。在聚酯飲用瓶中，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)是飲料包裝領(lǐng)域的優(yōu)選材料和主要原材料，具有透明性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，阻隔性相對(duì)較好，質(zhì)輕價(jià)廉和可回收利用等多種優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用廣泛，但作為啤酒瓶，PET的氣體阻隔性仍不夠高。

    改性聚酯瓶概況

    高性能包裝是塑料包裝的基本要素。因此，對(duì)包裝材料改性，就可以大大提高包裝材料的性能，圖1即為一例，包裝容器變形前后大不相同，得到很大改善。聚酯的阻隔性能，需要加以改性，其中聚酯飲用瓶采用表面納米涂層法改性是較重要的、較行之有效的方法之一。

    因此，不斷提高聚酯瓶的氣體阻隔性是啤酒塑料化包裝的一個(gè)主要研究方向，其應(yīng)用亦在不斷增加，其中表面納米涂層法是研究較廣、投人較多的新工藝技術(shù)，如今已成為提高聚酯瓶的氣體阻隔性的重要手段。

    食品界、包裝界的一些研究開(kāi)發(fā)公司認(rèn)為，高阻隔性PET瓶將很快出現(xiàn)在市場(chǎng)上，起初將用于較貴的高等啤酒瓶市場(chǎng)，有相關(guān)人士認(rèn)為，在1—2年內(nèi)，塑料包裝就將大量進(jìn)入啤酒市場(chǎng)，國(guó)外已商品化或早已試銷的塑料啤酒瓶已初露鋒芒，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，歐洲PET包裝市場(chǎng)中啤酒包裝占已由1997年的0.4％提高到2002年的1.7％。

    有關(guān)相關(guān)人士預(yù)計(jì)，到2005年大部分國(guó)家用于生產(chǎn)塑料啤酒瓶的PET。將達(dá)到100萬(wàn)噸以上，北美洲將成為世界非常大的市場(chǎng)，可達(dá)25萬(wàn)噸之上，亞太地區(qū)次之，可達(dá)23.5萬(wàn)噸。到2007年，歐洲啤酒包裝用PET將達(dá)到84.1萬(wàn)噸(占有份額為3.7％)。美國(guó)商務(wù)／包裝開(kāi)發(fā)協(xié)會(huì)總裁Gordon Boekner先生認(rèn)為，用于包裝果汁、茶類和運(yùn)動(dòng)飲料的高阻隔PET瓶已從1996年的28億只增加到2000年的84億只，高阻隔PET瓶長(zhǎng)期增長(zhǎng)的市場(chǎng)領(lǐng)地還有速溶咖啡、蕃茄汁等。他說(shuō)，1996年總用量36億只的95％為玻璃容器，而到2000年高阻隔PET瓶占了50％的份額。由此可見(jiàn)，包裝用PET聚酯樹脂增長(zhǎng)速度之一斑。

    無(wú)定形碳涂層改性技術(shù)

    無(wú)定形納米碳涂覆技術(shù)(ACTIS)是法國(guó)HDEL公司開(kāi)發(fā)的，這是一種新的納米碳涂覆技術(shù)型高阻隔處理技術(shù)。新技術(shù)方法要點(diǎn)是使等離子化乙炔，在PET瓶?jī)?nèi)壁凝聚淀積，形成一層高度氫化的非晶態(tài)碳的、均勻的、納米固態(tài)微薄薄膜、厚度為20～150nm。

    采用Actis工藝處理的：PET瓶，較普通PET瓶的隔氧性能效果提高30倍，對(duì)CO2的阻透性提高7倍多，防乙醛的滲人性提高了6倍。用這種：PET瓶裝啤酒貯存6個(gè)月后，碳酸氣損失率僅為6％，比目前啤酒工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的10％碳酸氣損失率還低。

    該涂層對(duì)食品的安全性已通過(guò)歐盟安全機(jī)構(gòu)認(rèn)可，并獲美國(guó)FDA批準(zhǔn)用于食品包裝。ACTIS工藝處理的：PET、瓶在回收利用上具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。由于涂層材料用量小，且結(jié)構(gòu)類似于聚合物，因此用回收的ACTIS瓶制造的纖維，其物理性能和色澤均無(wú)影響。與其他未經(jīng)表面涂復(fù)的原料混合使用，不會(huì)影響較終包裝的特性和轉(zhuǎn)化處理過(guò)程。據(jù)報(bào)道，法國(guó)Sidel公司生產(chǎn)的靠前批種生產(chǎn)設(shè)備．ACTIS20，每小時(shí)可處理10000個(gè)0.6L的聚酯PET、瓶，設(shè)備已銷往美國(guó)、日本、澳大利亞、歐盟等國(guó)，市場(chǎng)前景十分良好。

    等離子涂層改性技術(shù)

    聚酯(PLYESTER)——是20世紀(jì)包裝行業(yè)較偉大的發(fā)明。對(duì)聚酯而言，采用表面納米涂層法改性是較重要的——較行之有效的方法之一。它采用各種高阻透性涂料和各種涂覆技術(shù)，在PET瓶的內(nèi)外表面形成很薄的阻透涂層，隔絕氣體的進(jìn)出，改善透氣性能，以達(dá)到食品保鮮長(zhǎng)貨架壽命的目的，應(yīng)用日漸廣泛。

    在各種表面技術(shù)涂覆方法中，較有有市場(chǎng)潛力的是等離子體納米涂覆技術(shù)，它也是現(xiàn)代開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。等離子體納米表面處理研究起于20世紀(jì)末期，它是一種真空干式處理工藝，具有操作簡(jiǎn)便、清潔、效率高、安全純凈等優(yōu)點(diǎn)，能滿足環(huán)保的要求。等離子體表面處理的涂層厚度為納米級(jí)，在使材料界面物理性能得到顯著改善的同時(shí)，確保材料基體不會(huì)受到不良影響。

     氧化硅涂層改性技術(shù)

     據(jù)較新資料報(bào)道，美國(guó)COCA—COLA公司與德國(guó)埃森大學(xué)、德國(guó)Krones公司及Leybold系統(tǒng)公司四方合作，開(kāi)發(fā)了提高阻透性的“氧化硅納米處理PET瓶”技術(shù)。該技術(shù)是在高真空等離子狀態(tài)下，采用SiOx作真空物理蒸氣淀積處理，處理層在PET瓶的外部。據(jù)報(bào)道稱，用此工藝處理的PET瓶可提高阻透性4倍，延長(zhǎng)貨架期至少6個(gè)月，而且不影響啤酒的氣味。據(jù)德國(guó)：Krones公司稱，該法的處理工藝費(fèi)用比使用：PEN瓶或多層瓶更為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。該公司與Leybold公司合作已在德國(guó)的一家可口可樂(lè)公司的灌裝廠家安裝了一條生產(chǎn)線投入使用。

     此外，據(jù)外電報(bào)道，瑞士Tetra Pak包裝公司開(kāi)發(fā)了一種在PET瓶?jī)?nèi)壁等離子涂覆納米SiOx涂層的技術(shù)，該工藝可在瓶?jī)?nèi)壁形成一層厚度為50～100納米的玻璃狀阻透涂層。用這種瓶子灌裝啤酒或果汁，貨架期可延長(zhǎng)到12個(gè)月。該系統(tǒng)每小時(shí)可處理18000個(gè)2L以下的PE3、瓶，并已在瑞典的Spendrups公司應(yīng)用，市場(chǎng)前景十分良好。

    鉆石型碳涂層改性技術(shù)

    據(jù)日刊較近報(bào)道，日本日精ASB公司與日本麒麟啤酒公司、三菱商社及YOUTEC公司通力合作，共同合作開(kāi)發(fā)出鉆石型納米碳涂復(fù)工藝(DLC)。該DLC工藝采用高頻真空放電，使離子碳和氫在PET瓶?jī)?nèi)表面形成厚度為20～40nm、類似鉆石碳結(jié)構(gòu)的精細(xì)涂層。該P(yáng)EAT瓶對(duì)氧氣阻透性比普通PET。瓶提高20多倍，對(duì)CO2的阻透性提高7倍，對(duì)水汽的阻透性提高8倍，耐紫外線能力也有非常大提高。該納米涂層不僅透明度高，涂層不易龜裂，而且耐酸堿性能好。這幾家公司正在合作開(kāi)發(fā)工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備，并計(jì)劃首先向東南亞市場(chǎng)推廣。

    其他涂層改性技術(shù)

    據(jù)不完全報(bào)道，意大利的Sipa公司開(kāi)發(fā)了一種環(huán)氧聚氨酯外涂層PET瓶。該工藝選用美國(guó)PPG公司的環(huán)氧聚氨酯阻透涂料，形成光亮的耐磨性、耐劃傷阻透涂層。瑞士Instant表面技術(shù)公司開(kāi)發(fā)了一種可在大氣壓下等離子涂覆技術(shù)，使阻透層沉積于PET瓶?jī)?nèi)壁。據(jù)稱，該技術(shù)無(wú)需昂貴的設(shè)備，簡(jiǎn)化了涂覆過(guò)程，并且涂覆后的PET瓶較普通瓶隔氧性提高了10倍。此外，瑞士Tetrs Pak公司還推出了一項(xiàng)阻透涂覆新技術(shù)，用一種PET瓶，通過(guò)對(duì)阻透層厚度的調(diào)整達(dá)到希望的阻透效果。阻透層采用的是陶氏DOW化學(xué)公司的熱塑性環(huán)氧樹脂，既有較高的透明性又有較好的氣體阻隔性能。

    較近，美國(guó)杜邦聚酯(DU PONT)公司開(kāi)發(fā)了一種新的兩段式外涂覆技術(shù)，使PET瓶對(duì)02及CO2的阻透性可提高30倍，且底涂層可用水分離，材料回收十分方便，是優(yōu)美的綠色包裝。杜邦公司開(kāi)發(fā)的另一項(xiàng)被稱為“透明的鋁”的外涂覆技術(shù)，可使PET瓶的阻透性提高30～40倍，該技術(shù)已接近于商業(yè)化。

     雖然如此，但是表面涂覆技術(shù)提高的涂層阻隔性能，可能會(huì)受到瓶子表面積的影響。此外，內(nèi)涂層則存在對(duì)食品的安全性問(wèn)題，必須經(jīng)過(guò)安全機(jī)構(gòu)認(rèn)證。另外，部分涂層的韌性欠佳，其中SiOx涂層較脆、易剖落；而其他方法也存在著或多或少的問(wèn)題，還須進(jìn)一步提高。

    總而言之，今后我們包裝世界還有很長(zhǎng)的路要走，有大量的工作要做，以此開(kāi)發(fā)納米表面涂復(fù)新工藝，一體提高飲用聚酯瓶的性能。