PET瓶的應(yīng)用現(xiàn)狀
美國(guó)杜邦公司于1970年首先研制成功新型聚酯瓶。1976年P(guān)ET瓶首先在日本用于醬油的包裝，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。在2004年，PET瓶迅速擴(kuò)展到將近2500億個(gè)，在2006年將達(dá)到3000億個(gè)，平均以每年10%的速度增長(zhǎng)。
目前國(guó)內(nèi)飲料包裝用聚酯瓶分為碳酸飲料用和熱罐裝用兩種。在飲料包裝市場(chǎng)中，碳酸飲料包裝中應(yīng)用最為成功和廣泛。國(guó)內(nèi)碳酸飲料包裝中PET瓶的應(yīng)用比例占57.4%，加之軟飲料總產(chǎn)量中碳酸飲料占46%，聚酯瓶的用量也相對(duì)較大，占市場(chǎng)主要份額。
最近幾年隨著茶飲料的異軍突起，灌裝茶飲料的熱灌裝PET瓶已成為PET瓶增長(zhǎng)最快的品種，年增長(zhǎng)率超過(guò)50%，已經(jīng)成為繼碳酸飲料之后的第二大PET瓶應(yīng)用領(lǐng)域。由于茶飲料要求在85℃～90℃的條件下進(jìn)行熱灌裝，對(duì)熱罐裝用PET瓶的耐溫性要求較高，一般達(dá)到95℃左右。
PET瓶的特點(diǎn)
相比于其他塑料包裝材料，PET是軟飲料包裝的最佳材料。這是由于PET具有較高熔融溫度、強(qiáng)度、透明度，優(yōu)良的氣體阻隔性能、風(fēng)味阻隔性能，成本低，易于成型加工以及可回收性，等等。
然而PET瓶還不能滿足一些飲料的特殊要求，比如熱飲料和某些軟飲料。PET用于啤酒、果汁等軟飲料的包裝，對(duì)氧氣、二氧化碳、水蒸氣和風(fēng)味等的阻隔性不能滿足包裝要求，影響了這些產(chǎn)品的品質(zhì)?？諝庵械难鯕膺M(jìn)入塑料瓶以及瓶中填充碳酸飲料的二氧化碳釋放出來(lái)，這些都會(huì)加速飲料的變質(zhì)。雖然其他的高聚物(比如PEN)可以解決阻隔性問(wèn)題，但是成本太高，并且難于循環(huán)利用。提高PET對(duì)氧氣、二氧化碳的阻隔性能已引起了大家的廣泛關(guān)注，目前一些技術(shù)是把PET和一些具有阻隔性能的材料復(fù)合來(lái)提高其性能。
PET瓶的涂層處理
為了保證軟飲料的質(zhì)量，就要阻止氣體在塑料瓶壁上發(fā)生滲透，這需要選用氣體滲透性小的包裝材料，這些材料我們一般稱(chēng)作高阻隔性包裝材料。PET瓶氣體阻隔性能的提高主要有以下四種方式：通過(guò)多層共擠技術(shù)加工，使之具有多層復(fù)合結(jié)構(gòu)；表面涂層處理；加入一些氣體捕獲劑；與其他具有阻隔性能的材料共混。其中多層共擠技術(shù)是目前已成功運(yùn)用的方法，然而阻隔性能的提高較小，同時(shí)難以循環(huán)利用，成本較高。表面涂層是用于提高PET瓶的氣體阻隔性能的一種新興的技術(shù)，可以得到非常薄的氣體阻隔性膜，能夠有效地阻止氣體分子通過(guò)PET瓶壁，同時(shí)可以解決再循環(huán)利用的問(wèn)題。
目前所采用的一些涂層材料都經(jīng)過(guò)了實(shí)踐的檢驗(yàn)，其中金剛石碳素膜(DLC)和氧化硅材料是工業(yè)上非常受歡迎的材料。氧化硅涂層用于提高PET薄膜的氣體阻隔性能比金剛石碳素膜要早。在上個(gè)世紀(jì)80年代初期，就開(kāi)始通過(guò)物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積方式得到氧化硅涂層。然而氧化硅薄膜具有脆性，為了在PET表面獲得持久的機(jī)械強(qiáng)度就需要相對(duì)復(fù)雜的處理。近年來(lái)金剛石碳素膜(無(wú)定型的碳?xì)浠衔?涂層于PET表面(如圖1)的一些產(chǎn)品在市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)，PET瓶的氣體阻隔性能得到了很大提高。
一、金剛石碳素膜涂層過(guò)程
金剛石碳素膜涂層一般采用等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)(PCVD)，如圖2所示。在真空條件下，通過(guò)等離子體氣相沉積技術(shù)在PET瓶?jī)?nèi)表面得到非常薄的DLC涂層。涂層的過(guò)程如下：首先把瓶子放在真空室里進(jìn)行抽真空處理，然后注入C2H2氣體，在變頻高壓的作用下產(chǎn)生碳?xì)浠衔锏牡入x子體，最后離子和自由基在PET瓶?jī)?nèi)表面沉積，得到DLC涂層。
二、金剛石碳素膜涂層的特點(diǎn)
DLC膜含有大量的氫，因此具有非常好的黏結(jié)性和抗裂變能力，同時(shí)使PET瓶具有如下優(yōu)點(diǎn)：氣體高阻隔性能，阻隔氧氣和二氧化碳，保證軟飲料的品質(zhì)；風(fēng)味阻隔性能，阻止瓶子和包裝物之間的遷移和吸附過(guò)程，使軟飲料保持原有的風(fēng)味；UV阻隔性能，具有吸收紫外線的功能，避免軟飲料受紫外線的影響；化學(xué)惰性，不會(huì)和其他物質(zhì)反應(yīng)，具有化學(xué)穩(wěn)定性；利于回收利用同時(shí)保持PET瓶的現(xiàn)有優(yōu)點(diǎn)。
DLC涂層的PET瓶的阻隔性能得到很大提高，如表1。但是PET瓶的阻隔性能與溫度的變化有較大的關(guān)系。溫度升高時(shí)，涂層和未涂層的PET瓶都具有較低的阻隔性能，這表明盡管該涂層是熱穩(wěn)定性的材料，但是分子的熱運(yùn)動(dòng)仍會(huì)影響PET瓶的氣體阻隔特性。
DLC涂層PET瓶的發(fā)展
DLC涂層的PET瓶的未來(lái)發(fā)展主要從市場(chǎng)需求出發(fā)，著眼于技術(shù)的發(fā)展和完善。應(yīng)用前景非?？春茫袌?chǎng)潛力很大，估計(jì)占有PET10%的市場(chǎng)份額，大約300億個(gè)，廣泛地應(yīng)用于軟飲料的包裝，包括茶、果汁、碳酸飲料等。目前在日本用于茶飲料的包裝，已經(jīng)在市場(chǎng)上出現(xiàn)，在2005年已有5000萬(wàn)個(gè)進(jìn)入市場(chǎng)。隨著軟飲料市場(chǎng)的逐步擴(kuò)大，DLC涂層PET瓶將會(huì)得到進(jìn)一步地推廣應(yīng)用。
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