PET材料及工藝對其制品性能影響的研究

劉歡，溫浩宇

(四川省宜賓普拉斯包裝材料有限公司，四川 宜賓 644007)

PET 是弱極性高分子聚合物，具有透明特性，瓶級PET可以采用注拉吹工藝、拉片工藝、注塑工藝、吹膜工藝，生產各種瓶子、片材、盒子、膜等產品，大量應用于飲料、白酒、電子產品、醫藥等產品內外包裝。

PET在較寬的溫度范圍內具有優良的物理機械性能和加工性能，作為包裝材料具有以下優點[1～2]：

有良好的力學性能。

耐油、耐脂肪、耐稀酸、稀堿，耐大多數溶劑。

具有優良的耐高、低溫性能，可耐-70 ℃低溫，且高、低溫時對其機械性能影響很小。

氣體和水蒸氣滲透率低，即有優良的阻氣、水、油及異味性能。

透明度高，可阻擋紫外線，光澤性好。

無毒、無味，衛生安全性好，可直接用于食品包裝。

美國FDA中也將PET材料定義為衛生安全性良好，可直接用于食品包裝[3]，完全可以替代AS、PC原料制作與食品接觸的包裝件（以下簡稱“包裝件”）。但是由于PET的加工特性與AS、PC等材料的差別較大，故必須對注塑工藝進行調整，使其能適宜于PET材料的生產，這是研究的重點。在此基礎上對PET包裝件在加工過程中AA值的控制，包裝功能性，環境適應性及耐候性進行了研究。

1 實驗材料與實驗方法

1.1 實驗材料

實驗所采用的PET材料為公司自產，抗沖擊PET牌號：PET152，普通瓶級PET牌號為：PET150。

實驗采用的其他材料及試劑見表1。

表1 實驗所涉及的材料及試劑

1.2 實驗方法

1.2.1 PET材料衛生性能的測試

衛生性能的測試方法或標準見表2。

表2 PET材料衛生性能的測試

1.2.2 PET包裝件的包裝功能性測試

PET包裝件的包裝功能性主要涉及包裝件的強度及韌性，主要的測試方法及相關內容見表3。

表3 PET包裝件的物理測試

1.2.3 PET包裝件的環境適應性測試

PET包裝件的環境適應性，主要是耐大氣中SO2氣體對印刷或附著在PET表面的材料的破壞，測試方法如下：

1.2.3.1 品準備

將膜材按用途經燙印工藝印在PET片材上，將印制部分切成樣片（規格：100 mm×300 mm），打孔后穿上塑料繩。

1.2.3.2 試劑配制

（1）在50 mL燒杯A中配置30 mL 1%氯化銨和1%硫酸鈉的水溶液。

（2）稱量0.4 g硫代硫酸鈉，放入燒杯B。

（3）用移液管量5 mL稀硫酸（0.5 mol/L）放入燒杯C。

1.2.3.3 測試過程

（1）將干燥皿放入通風柜中；將樣品綁在干燥皿的中間隔層上，使樣品豎直懸于干燥皿底部；

（2）將燒杯A放入干燥皿中；

（3）將燒杯B放入干燥皿隔層上，倒入C中的稀硫酸，迅速蓋上密封蓋。

1.2.3.4 測試記錄

測試時間24 h、48 h、72 h記錄樣品變色情況。

1.2.4 PET包裝件的耐紫外老化測試

測試方法及相關內容見表4。

表4 PET材料的耐紫外老化測試

1.2.5 PET包裝件注塑工藝調整

試驗設備為HUSKY 1#注塑機，試驗原料牌號為PET152，模具為48腔模具。實驗參數見表5。

表5 試驗參數表

2 結果與分析

2.1 乙醛含量及可溶性元素含量

根據PET材料的食品安全要求，須控制PET制品中乙醛（AA）的含量[4～6]。為分析研究加工工藝對PET制品AA值含量的影響，我們采用多種工藝參數進行了正交試驗，數據見表6。

表6 正交實驗表

對于各因素列，算出各個水平相應AA值之和（T）。由表6可以看出：

對于每列，比較T1、T2、T3的大小，因為AA值越小越好，所以AA值之和小的水平較高，故：第一列T3小、第二列T3小、第三列T1小、第四列T3小，即周期為17 s、2區溫度為273 ℃、6區溫度為300 ℃、向后位置為55 mm時為最好。

計算各列的極差R極差大小通常意味著因素對試驗結果影響的重要程度，生產周期R=17.3為4個影響因素中的重要因素。對AA影響最大的因素為周期，計算極差大，在趨勢圖表現為波動大，另外6區溫度、向后位置這兩個因素仍有“潛力”可挖。

表7是PET包裝件的可溶性元素含量測試結果。

表7 PET包裝件中可溶性元素含量

由表7可以看出，該牌號的PET包裝件的可溶性含量是符合相關食品衛生性能規定的[7～8]。

2.2 PET物理性能

PET包裝件在生產和使用過程中易出現破裂，對產品功能性產生影響[9～10]，對此，我們對AS材料包裝件和各種不同配方PET 原料包裝件分別進行正面和側面壓縮測試。對其載壓性能和沖擊性能對比分析見圖1、圖2、表8。

圖1 裝配下管正面垂直載壓

圖2 未裝配下管側面垂直載壓

表8 沖擊性能測試

由以上的實驗數據表明，PET原料包裝件較AS原料包裝件韌性更佳，PET兩種配方原料中則PET152配方韌性更佳，PET152配方的載壓性能和抗沖擊性能完全能適應PET包裝件的生產和使用。

2.3 PET制品燙金后環境適應性

耐SO2氣體破壞的實驗結果：

實驗采用PET150和PET152兩個牌號，分別采用5種燙金膜，結果見表9。從結果可以看出影響PET制品表面燙金字體或圖案不易被SO2腐蝕的關鍵因素是燙金金屬膜[11]，金屬膜的膜層越致密，其阻SO2分子侵入的效果越好，宏觀上表現出來就是字體或圖案不易變色、脫落。由表9可以看出，相對于其它廠商的燙金膜來說，廠家三的燙金膜其金屬層更加致密，因此其抵御SO2腐蝕的能力就更強。

表9 耐SO2氣體破壞的實驗結果

2.4 PET材料印刷后的耐紫外老化性

圖3為PET包裝件的耐紫外老化性能。

圖3 PET耐紫外老化性能

由圖3可以看出，隨著紫外老化時間的延長，各種顏色印刷片材的△Eab都在增大，增大的趨勢為白＜空白＜綠＜灰＜紅。這是因為紫外線穿過PET層后，白色印刷層對紫外線的吸收最少，因此其耐紫外老化性較好，而灰色和紅色印刷層對紫外線的吸收較多，其色差的變化較大，即耐紫外老化性較差。

3 小結

通過對PET材料的研究和PET包裝件注塑工藝的修改調整：

（1）確保了PET包裝件的食品衛生安全性，使其符合了相關的衛生性能要求。

（2）確保了PET包裝件的高強度、高韌性，使其符合包裝功能性的要求。

（3）確保了PET包裝件的環境適應性及耐老化性能，使其符合各類包裝的倉儲要求。