聚酯(Polyester) 是以PET 为代表的热塑性饱和聚酯的总称,包括PBT、PEN、PCT 及其共聚物。其中,PET是开发最早、产量最大、应用最广的聚酯产品。在包装领域中,聚酯尤以包装容器的发展最引人注目,现在已有20 %以上的PET 用于包装材料,且呈逐年上升的趋势。包装业已成为PET 的第二大用户,仅次于合成纤维。
 
1 　包装用聚酯家族的骨干

1. 1 　PET(聚对苯二甲酸乙二酯)

    由于PET可以方便地通过快速冷却的方法得到基本处于非晶态、高透明、易拉伸的PET制品,所以作为包装材料时,PET 既可制成双向拉伸包装膜,又可由非晶态瓶坯得到高强度、高透明的拉伸吹塑瓶,还可以直接挤出或吹塑成非拉伸中空容器。PET 薄膜具有透明、耐油、保香、卫生可靠和使用温度范围广等性能(高温蒸煮和冷冻包装均可) ,但热封闭性差,必须与其他薄膜(热封层) 复合使用,且价格较通用塑料薄膜高,限制了PET薄膜在包装上的应用。PET 中空容器尤其是拉伸吹塑瓶,充分发挥了PET 的性能,对内容物有良好的展示效果,且成本较低。因此,PET作包装材料时基本上都是采用拉伸吹塑成型的,其中应用最多的是2 L 以下的小型瓶。

    PET 瓶以其优越的性能、较为低廉的成本及对环境保护的适应性,在和其他包装材料(玻璃、马口铁、PE、PVC 等) 瓶类的竞争中得到了迅速发展,但其耐热性、阻气性欠佳,限制了他在热灌装和要求气密性高的场合应用,并引起人们高度重视。在提高和改进其性能的过程中,聚酯包装获得了新的发展。一是改进耐热性。普通PET 瓶不能用于果汁、茶等需热灌装的物品包装,目前通过研究已开发了3 类实用的耐热聚酯瓶:热定型瓶,可达到85 ℃灌装的要求; PET/ PEN 合金瓶,PEN 耐热性高,在普通注拉吹设备上可制得符合80 ℃以上热灌装要求的瓶子,倘若再经热定型处理,热灌装温度可达90 ℃以上;与耐热性聚芳酯等制成多层复合瓶,以提高耐热性。

    二是提高阻气性。尽管PET 的气体阻隔性远高于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等塑料,但对于啤酒、白酒、香水等保鲜、保味要求较苛刻的产品仍然不能满足要求。提高阻气性的方法主要有3 种。(1) 多层复合,以PET为主,加入PVDC、EVOH、MXD6、PEN等其他气密性好的材料做成3 层或5 层瓶; (2) 采用特殊处理方法,如在PET 瓶内或外层涂布环氧阻隔层,或进行等离子体处理(ACTIS 技术) ; (3) 用其他阻隔性树脂成型,以PEN 或PEN 与PET的共聚或共混物为原料,既提高了瓶子的阻气性,又提高了瓶子的耐热性,可满足啤酒保存3～6 个月的要求;还可以碱洗消毒,重复使用,从而降低成本。因为前两种方法有透明性差、回收处理困难、工艺复杂、设备要求特殊等问题,而且虽然气密性提高了,但耐热性较差,只能适应无菌灌装的场合。我国啤酒行业大都采用灌装后巴氏消毒的技术,所以采用PEN 或与PET的共聚、共混物为原料,通过现行PET瓶吹制设备和工艺进行成型,是适合我国国情的啤酒塑料包装发展方向,值得引起有关部门和企业的重视。

    目前我国非纤维用PET(polyethylene terephtha2late) 的生产能力为64. 9 万t/ a ,因此开发其他领域PET 的应用成为目前行业关注的热点。由于PET目前在应用方面存在三大制约因素: ①熔体强度差; ②结晶速度较慢; ③尺寸稳定性差,因而不能满足工业上快速注塑成型的需要。

    高黏度聚对苯二甲酸乙二酯(HVPET) 属结晶型高分子聚合物,黏度高,具有优良的耐热、耐光、耐酸、耐低温、耐油、耐冲击等特性,产品具有结晶性、定向性好、重量轻、强度高、气密性好等特点,其制品表面光洁,透明无毒,卫生,可直接用于食品包装。

    在包装诸如优质汤、意大利面酱、苹果酱、果酱和果冻等食品的时候不再使用玻璃瓶,而是改用聚对苯二甲酸乙二酯(PET) 材料制成包装罐。这些包装罐使用安全而且不会破碎,为了方便取用,在这些塑料罐的侧面还带有模制的把手。在一次国际包装展示会上,包括施马尔巴赫鲁贝卡公司在内的几家公司展示了几款使用透明PET 材料制成的牛奶瓶,这在质量上大大优于通常使用的不透明HDPE(高密度聚乙烯) 材料制造的奶瓶。

1. 2 　PEN( 聚萘二甲酸乙二醇酯)

    1998 年世界包坛上引人注目的是聚萘二甲酸乙二醇酯( PEN) 新型“聚酯”包装材料。这是由于PEN 的分子结构与PET 相似,只是以萘环代替了苯环,因此PEN 比PET 具有更优异的阻隔性,特别是阻气性和防紫外线性,耐热性好(普通非晶态PEN热变形温度达100 ℃,而PET 仅为70 ℃) 等。由于采用工业化生产PEN ,不久的将来定会大量进入包装领域,必将引发PET之后的又一次包装革命。日本青木公司与Shell (壳牌) 公司共同开发了婴儿食品用的PEN 广口瓶,所用树脂为Shell 公司生产的Hipertuf 90000 ,生产设备为青木的100LL220 注拉吹成型机。PEN 瓶可承受低酸性食品要求的消毒条件(116 ℃、63 min) ,货架寿命16 个月以上,几乎与玻璃瓶无异。按照PEN/ PET 用量为10/ 90 计算,每kg 价格仅为2. 00 美元(而PEN 价格每kg 11 美元) ,可见具有明显的价格优势。

    PEN 新材料的快速发展受益于PEN 原材料———对萘二甲酸(NDC) 的工业化生产,这将归功于美国Amoco 公司和日本三菱公司,以及开发生产PEN 的公司。此外,由于PEN 的优点,因而在饮料、啤酒、化妆品的包装方面亦有广阔前景。

1. 3 　PBS( 聚丁二酸丁二( 醇) 酯)

    目前,国际上对可生物降解且具有良好经济性的聚合物材料越来越重视,合成脂肪族聚酯由于其生物降解性和经济性,已成为当今国内外研究的热点之一,它的合成方法有生物发酵和化学合成法。前者主要用来合成羟基脂肪酸酯( PHA) ,其合成的聚合物成本较高;后者主要合成线型聚酯,采用开环和缩合法,且可对产品进行分子设计,成本较低。脂肪族聚酯因熔点都较低,不能单独作为塑料使用,其中聚草酸酯和聚丁二酸丁二醇酯则属例外。聚草酸酯由于难于达到较高相对分子质量和稳定性差,实际应用困难,而聚丁二酸丁二醇酯因具有良好的热稳定性和可得到高相对分子质量的产品受到青睐。

    清华大学化工系高分子研究所采用化学合成法成功合成了线型聚酯———聚丁二酸丁二醇酯。合成工艺包括酯化和后缩聚反应。后缩聚可在真空有扩链剂存在下在挤出机中进行,也可在高真空、高温下进行。采用该法合成的树脂,可直接挤出成型制品,生产效率可进一步提高。目前,该研究所已进行了以下工作:通过控制适宜的反应条件和合成或寻找新型催化剂,使产品具有较高的相对分子质量;研究了催化聚合反应及其生物降解机理;合成了多种扩链剂,探讨与预聚聚酯端羟基快速反应的扩链剂,使反应能在挤出机中完成;采用不同的共聚单体,使它们与丁二酸和丁二醇酯进行共聚反应,对线型聚酯进行分子设计,调节其力学性能和生物降解性,以满足不同领域的应用要求;研究了线型聚酯的结构与性能的关系以及在不同条件下的微生物降解性。目前聚丁二酸丁二醇酯仅在日本有小批量产品问世,清华大学研制的产品的相对分子质量已达到日本产品水平。现正在进行机理和应用开发研究,并计划进行中试和扩大生产。(庾晋　白木　周洁)