高阻隔瓶的表面納米涂覆新技術(shù)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(duì)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(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。因此，提高聚酯瓶的氣體阻隔性是實(shí)現(xiàn)啤酒包裝塑料化首要解決的技術(shù)問(wèn)題。在眾多工藝技術(shù)中，表面涂覆技術(shù)是研究最早、應(yīng)用最廣、投入最多的新工藝技術(shù)，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(shù)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(yīng)的涂覆技術(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，達(dá)到啤酒保鮮及延長(zhǎng)貨架壽命的目的。
　　等離子納米技術(shù)
　　在各種表面涂覆技術(shù)中，最具有市場(chǎng)潛力的是等離子體納米涂覆技術(shù)，它也是開發(fā)的熱點(diǎn)。等離子體納米表面處理研究始于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、高效、安全、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，符合環(huán)保要求。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。
　　無(wú)定形納米碳涂層
　　法國(guó)Sidel公司開發(fā)的無(wú)定形納米碳涂覆技術(shù)(ACTIS)是一種高阻隔處理新技術(shù)。該技術(shù)方法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(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)10％碳酸氣損失率的標(biāo)準(zhǔn)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。
　　經(jīng)ACTIS工藝處理的PET瓶在回收利用上具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。由于涂層材料用量少，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)負(fù)面影響。與其他未經(jīng)表面涂復(fù)的原料混合使用，不會(huì)影響最終包裝的特性和轉(zhuǎn)化處理過(guò)程。
　　據(jù)報(bào)道，法國(guó)Sidel公司生產(chǎn)的第一批生產(chǎn)設(shè)備ACTlS 20，每小時(shí)可處理10000個(gè)0．6 L的聚酯瓶，該種設(shè)備已銷往美國(guó)、日本、澳大利亞、歐盟成員國(guó)等，市場(chǎng)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?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)ET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(shè)備，并計(jì)劃首先向東南亞市場(chǎng)推廣。
　　氧化硅納米涂層
　　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，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瓶或多層瓶都低。該公司與Leybold公司合作已在德國(guó)的一家可口可樂(lè)公司的灌裝廠安裝了一條生產(chǎn)線并已投入使用。
　　據(jù)外電報(bào)道，瑞士Tetra Pak包裝公司開發(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PET瓶，并已在瑞典的Spendrups公司應(yīng)用，市場(chǎng)前景良好。其他納米涂層技術(shù)　　據(jù)不完全報(bào)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(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Io·stant表面技術(shù)公司開發(fā)了一種可在大氣壓下等離子涂覆的技術(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Tetra Pak公司還推出了一項(xiàng)阻透涂覆新技術(shù)，該新技術(shù)是通過(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　　明性又有極好的氣體阻隔性能。
　　最近，美國(guó)杜邦聚酯(DU PONT)公司開發(fā)了一種新的兩段式外涂覆技術(shù)，使PET瓶對(duì)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(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，表面涂覆技術(shù)提供的涂層阻隔性能，可能會(huì)受到瓶子比表面積的影響。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)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(wèn)題，還須進(jìn)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(zhǎng)的路要走，大量的工作要做。


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