高阻隔瓶的表面納米涂覆新技術層出不窮

2003-12-15

　　高阻隔性功能是塑料包裝的基本功能要素之一。聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)是飲料包裝的首選材料，PET具有透明性好、化學性質穩(wěn)定、阻隔性相對較好、質輕價廉和可回收利用等多種優(yōu)點，因而應用廣泛。但作為啤酒瓶，PET的氣體阻隔性仍不夠高。因此，提高聚酯瓶的氣體阻隔性是實現(xiàn)啤酒包裝塑料化首要解決的技術問題。在眾多工藝技術中，表面涂覆技術是研究最早、應用最廣、投入最多的新工藝技術，如今已成為提高聚酯瓶氣體阻隔性的主要手段。在表面涂覆技術中，納米表面涂層法是行之有效的方法之一。它采用各種高阻透性涂料和相應的涂覆技術，在PET瓶的內(nèi)外表面形成很薄的阻透涂層，隔絕氣體的進出，達到啤酒保鮮及延長貨架壽命的目的。
　　等離子納米技術
　　在各種表面涂覆技術中，最具有市場潛力的是等離子體納米涂覆技術，它也是開發(fā)的熱點。等離子體納米表面處理研究始于20世紀末期，它是一種真空干式處理工藝，具有操作簡便、清潔、高效、安全、無污染等優(yōu)點，符合環(huán)保要求。等離子體表面處理的涂層厚度為納米級，在使材料界面物理性能得到顯著改善的同時，確保材料基體不會受到不良影響。
　　無定形納米碳涂層
　　法國Sidel公司開發(fā)的無定形納米碳涂覆技術(ACTIS)是一種高阻隔處理新技術。該技術方法是使等離子化乙炔在PET瓶內(nèi)壁凝聚淀積，形成一層高度氫化的非晶態(tài)碳的均勻的納米固體膜，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個月后，碳酸氣損失率僅為6％，比目前啤酒工業(yè)10％碳酸氣損失率的標準還低。該涂層對食品的安全性已通過歐盟安全機構認可，并獲美國FDA批準用于食品包裝。
　　經(jīng)ACTIS工藝處理的PET瓶在回收利用上具有很強的優(yōu)勢。由于涂層材料用量少，且結構類似于聚合物，因此用回收的ACTIS瓶制造的纖維，其物理性能和色澤均無負面影響。與其他未經(jīng)表面涂復的原料混合使用，不會影響最終包裝的特性和轉化處理過程。
　　據(jù)報道，法國Sidel公司生產(chǎn)的第一批生產(chǎn)設備ACTlS 20，每小時可處理10000個0．6 L的聚酯瓶，該種設備已銷往美國、日本、澳大利亞、歐盟成員國等，市場前景良好。
　　鉆石型納米碳涂層
　　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，共同開發(fā)出鉆石型納米碳涂覆工藝(DlC)。該DLC工藝采用高頻真空放電，使離子碳和氫在PET瓶內(nèi)表面形成厚度為20-40nm、類似鉆石碳結構的精細涂層。該PET瓶對氧氣阻透性比普通PET瓶提高20多倍，對CO2的阻透性提高7倍，對水氣的阻透性提高8倍，耐紫外線能力也有較大提高。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發(fā)工業(yè)化生產(chǎn)設備，并計劃首先向東南亞市場推廣。
　　氧化硅納米涂層
　　美國COCA—COLA公司與德國埃森大學、德國Krones公司及Leybold系統(tǒng)公司四方合作，開發(fā)了提高阻透性的“氧化硅納米處理PET瓶”技術。該技術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)報道，用此工藝處理的PET瓶可提高阻透性4倍，延長貨架期至少6個月，而且不影響啤酒的氣味。據(jù)德國Krones公司稱，該法的處理工藝費用比使用PEN瓶或多層瓶都低。該公司與Leybold公司合作已在德國的一家可口可樂公司的灌裝廠安裝了一條生產(chǎn)線并已投入使用。
　　據(jù)外電報道，瑞士Tetra Pak包裝公司開發(fā)了一種在PET瓶內(nèi)壁等離子涂覆納米SiOx涂層的技術，該工藝可在瓶內(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，貨架期可延長到12個月。該系統(tǒng)每小時可處理18000個2L以下的PET瓶，并已在瑞典的Spendrups公司應用，市場前景良好。其他納米涂層技術　　據(jù)不完全報道，意大利的Sipa公司開發(fā)了一種環(huán)氧聚氨酯外涂層PET瓶。該工藝選用美國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Io·stant表面技術公司開發(fā)了一種可在大氣壓下等離子涂覆的技術，使阻透層沉積于PET瓶內(nèi)壁。據(jù)稱，該技術無需昂貴的設備，簡化了涂覆過程，并且涂覆后的PET瓶較普通瓶隔氧性提高了10倍。此外，瑞士Tetra Pak公司還推出了一項阻透涂覆新技術，該新技術是通過對阻透層厚度的調(diào)整達到希望的阻透效果。阻透層采用的是陶氏DOW化學公司的熱塑性環(huán)氧樹脂，既有較高的透　　明性又有極好的氣體阻隔性能。
　　最近，美國杜邦聚酯(DU PONT)公司開發(fā)了一種新的兩段式外涂覆技術，使PET瓶對O：及C02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。杜邦公司開發(fā)的另一項被稱為“透明的鋁”的外涂覆技術，可使PET瓶的阻透性提高30-40倍，該技術已接近于商業(yè)化。
　　雖然如此，表面涂覆技術提供的涂層阻隔性能，可能會受到瓶子比表面積的影響。此外，內(nèi)涂層則存在對食品的安全性問題，必須經(jīng)過安全機構認可。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題，還須進一步提高。
開發(fā)表面涂覆新工藝，全面提高聚酯瓶阻隔性，包裝行業(yè)還有很長的路要走，大量的工作要做。


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