1 a-PET片材
1.1a-PET片材用聚酯樹脂
20世紀0年代初引進PET片材生產線,那時使用的是進口的聚酯樹脂切片,經分析表明是增黏的純PET樹脂,特性黏度(η)在0.8~0.9 dL/g。90年代中期,開始使用間苯二甲酸共縮聚改性聚酯樹脂,間苯二甲酸占二酸的質量分數為3.5% ~4.5% ,共縮聚改性使片材結晶速度變慢,利于吸塑加工和提高制品的透明度。用市售的樣品分析,測得其熔融峰溫為247.7℃,比純PET樹脂通常低10℃左右,如圖1所示,表明共縮聚改性聚酯樹脂仍然是a-PET片材用聚酯樹脂。
圖1透明食品包裝盒材料的差示掃描量熱( DSC)分析
1.2 a-PET片材的開裂問題
收卷的a-PET片材放置數天后出現開裂的問題,曾困擾過國內一些片材制造廠。
通過分析,導致開裂的原因有:(1)擠出加工過程降解較大,特性黏度偏低,導致材料性能較脆;(2)冷卻鼓線速度(拉伸速度)與擠出速度之比值偏低,片材的縱向沒有形成必須要有的取向度;(3)卷軸直徑小,片材受彎曲應力作用較大。
同一模溫和拉伸速度與擠出速度之比也相同的情況下,特性黏度高的熔體黏度大,片材的縱向取向度較高,這時片材的縱向強度和韌性提高,不出現開裂;若特性黏度偏低,適當提高拉伸速度與擠出速度之比值,亦可解決此問題。
2 c-PET片材
2.1 c-PET片材用聚酯樹脂
c-PET片材與a-PET片材的不同,主要在聚酯樹脂的結晶行為,前者要求在吸塑成形之后,材料樹脂的結晶度在35%以上,以保證吸塑制品在微波爐內加熱時基本不收縮變形。
對適于微波爐加熱食品用的PET片材吸塑加工而成的托盤材料(黑色),作差示掃描量熱結果如圖2。與圖1對比可知:(1)觀察不到冷結晶峰,即材料樹脂已基本上完成結晶過程,處于較高的結晶狀態;(2)其熔融峰溫為255℃,與通常的純PET樹脂的相近,表明它不是共縮聚改性的。
圖2 黑色食品包裝托盤材料的差示掃描量熱
2.2 結晶成核劑
c-PET片材用純PET樹脂來制造是必然的,因為共縮聚改性將使結晶較難進行。為了加快吸塑加工過程中的結晶作用,還要加進結晶成核劑或結晶促進劑。
按“化學成核”的觀點,低分子羧酸鹽是一類結晶成核劑,但它們導致降解。因此,采用多羧基的高分子作為PET結晶成核劑便成為合理的選擇,例如離聚體等。
對外商提供的c-PET片材用結晶成核劑進行差示掃描量熱,結果觀察到峰溫為165℃熔融吸熱峰,表明它是一種聚丙烯為基的結晶成核劑。圖2中可看到有一個小的峰溫為162.2℃的吸熱峰,樣品熔融后降溫再升溫測定的DSC譜線上仍然可觀測到這個吸熱峰,由此看來,這樣品應用的可能就是這種聚丙烯為基的結晶成核劑。
2.3 顏色及添加劑量
吸塑加工成形實質上是對片材進行面拉伸,在制品的不同部位因拉伸的溫度、倍率、冷卻速度等不同而有不同的取向度和結晶度以及結晶的結構狀態。
已知c-PET片材在吸塑加工成形時,必須有一個結晶定型過程,又難以避免制品的不同部位的取向度和結晶度以及結晶的結構狀態的差異,并由此導致的透明度、白色深淺不一,影響包裝效果。因此制成深色,例如黑色便是一種選擇。
對食品包裝的黑色托盤材料的熱重分析( TG)結果如圖3所示。與通常的純PET的TG3比較,表明它含添加劑質量分數為2.5%左右,除了結晶成核劑外,便是炭黑,它們在360 ~420℃便氧化分解逸去。
應用炭黑可能還有一-個作用,在于它對輻射熱有較強的吸收和較好的熱傳導,利于加熱和加熱的均勻性。
圖3食品包裝的黑色托盤材料的熱重分析(空氣)
測定中發現有白色升華物,因量太少,未能作進一步分析。至903.5℃還有0.41%的質量,是為灰分,比通常的聚酯樹脂的灰分量大許多,多出的應是結晶成核劑燒剩的金屬氧化物。
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