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PET瓶片制作塑料编织制品的可行性
作者:中国塑协改性塑料专委会 刘英俊
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塑料挤出机展厅
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聚酯(PET)瓶片制作塑料编织制品

必要性

塑料编织制品是我国塑料制品中的重要门类,我国已成为塑编制品的生产大国、消费大国和出口大国。近几年来塑编制品年产量均以20%以上幅度增长,2010年国家统计局公布的规模以上企业塑编制品产量为711.96万吨,加上一些小型企业的贡献,整个塑编行业的制品产量至少在880万吨以上。今明两年预计还有明显增长,达到年产1000多万吨已成定局。

自上世纪七十年出现塑料编织袋后,迅速取代了麻袋、布袋、纸袋,成为多种物品的首选包装材料。最早的塑编袋主要原料是聚乙烯,不久,主要原料变为密度更小、强度更高的聚丙烯。为了避免功能过剩,自八十年代初开始,碳酸钙为主要成分的填充母料进入塑编行业,不仅节省了大量的合成树脂,而且在满足使用要求的前提下,编织制品的原材料成本大幅度下降。目前在塑编制品生产过程中添加碳酸钙母料已达共识,而且添加量从最初的几phr到现在的20~40phr,只要其扁丝拉伸负荷达到国标要求的≥0.32N/tex即为合格品。

前不久,塑料编织袋新国标通过审定,且即将实施。新国标的宗旨是贯彻轻量化包装的方针,取消对袋重的要求,把袋的强度做为考核的主要指标,即不论袋子本身重量大小,只要满足强度指标即可。因此未来塑编制品市场上的竞争,将以质轻、强度高、价格低为主导潮流。

来源丰富、价格相对低廉、比强度远高于聚丙烯的PET开始进入人们的视野,加之PET有许多PP所不具备的优异性能,因此一个以PET为主要原料生产塑编制品的新时代正在大步向我们走来。

优越性

1)原料来源丰富、稳定,每年国内产生的和进口的PET瓶片多达数百万吨。

2)PET瓶片比PP具有更高的比强度(单位重量材料的拉伸强度)

做为新料,PET的密度比PP高出50%,但拉伸强度是均聚PP的一倍以上,也就是说在用拉伸试样进行测试时,其比强度值是相似的。

PET瓶在一次性使用后,如经正确的回收处理,其材料性能仍能达到新料水平,而聚丙烯每加热一次就会有显著的降解,而且不可修复。PET瓶片应当比掺杂有回收料的PP更高的比强度。

高分子聚合物在单向拉伸后往往显现出更高的强度,这是因为大分子沿拉力方向取向排列,再被拉断时是化学键的断裂。聚酯的分子结构决定了在被拉伸取向后有更强的抵抗断裂的能力。

3)价格居优

在以石油为主要基础原料的合成树脂中,PP的价格相对便宜,但仍随着国际石油价格的飞涨而长期在高位运行,而PET瓶片由于越来越多,用于短纤维的市场饱和,多年来价格变化不大,仅相当于PP的50~60%。

考虑到密度因素,如果做同样薄厚宽窄的扁丝,PET瓶片无优势可言,但如果考虑到强度因素,做到与PP新料同样强度的PET扁丝可以减薄,例如有的企业试制工作表明,达到同样长度价格的PET瓶片扁丝的拉伸负荷可以达到0.42N/tex,已十分接近PP新料的性能,而且高于加有碳酸钙填充母料的PP扁丝的拉伸负荷。

4)耐老化性能良好

PP塑编袋的最大缺憾之一就是不耐老化,不加抗氧剂和光稳定剂的PP塑编制品在日光下很快就粉化了,而聚酯历经数月仍能保持良好。

5)耐低温性好

PP塑编袋的另一大问题是低温下变脆,而PET的脆化温度很低,既使在最寒冷的冬季,也能包装完好,不发生破裂。

6)高透光度

从聚酯瓶可以联想到,非结晶的PET是完全透明的,这对某些物品的包装是非常重要的。

7)外观挺阔、美观且有利于灌装

8)编织时不劈丝

PP在拉伸取向时,大分子沿拉力方向呈线性排列,垂直于拉力方向仅剩下很弱的分子间作用力—范德华力,因此在编织机张力作用下,容易发生劈丝现象,特别是当有过度拉伸现象时就更容易发生了。PET的分子结构决定了既使有拉伸过度现象,其垂直作用力方向上也有较强的分子间作用力,故在编织时不会发生劈丝现象。

9)抗蠕变性优良

PP塑编制品在外力作用下会发生不可回复的永久性变形即蠕变,尤其是在外力较大或长时间承受外力时,而PET塑编制品几乎可以和金属材料一样在外力作用下不会发生永久性不可回复的尺寸变化。这一点对吨装袋的提包带十分重要。

10)其它

PET材料还有许多优点是耐疲劳性、耐磨擦性、耐折叠性、可回收性及环保、卫生等等,都可以在塑编制品的应用上得到发挥。

用PET瓶片做编织制品的技术难点及关键

当前用PET瓶片做编织制品的生产技术及设备已日趋完善。从研发企业的体会看其主要技术关键有以下几个方面:

1)PET的熔体粘度低,不能像PP那样流延离开口模后直接水冷成膜,而必须流延到冷却转鼓上,间接冷却成膜。因此原来生产PP塑编制品的拉丝机并不能用于PET瓶片。

2)PET瓶片必须充分彻底干燥,使之含水量达到0.03%以下才能进行拉丝加工。

3)PET瓶片成膜分丝后其单向拉伸的温度和拉伸比都与PP不同,而只有得到适当拉伸比的扁丝才具有理想的拉伸负荷。

4)PET扁丝的薄厚可以而且也必须小于PP,才能有价格上的竞争优势。

5)目前尚未解决PET所适用的填充母料加工问题,而解决PET的功能过剩问题,添加适量的碳酸钙等矿物粉体材料是理所当然的,尤其是要求塑编袋不透明时,更需要加入填充母料或色母料。

6)PET瓶片做成的塑编袋表面太滑,不好码垛,应通过改性提高表面摩擦系数。

7)目前PET瓶片做成的塑编袋尚未有配套的适当的涂覆料,用现在的涂覆料其剥离强度太低。

可做为PET瓶片拉丝系统熔融挤出用的,免除湿干燥挤出加工技术及设备就PET瓶片的干燥而言,要求苛刻、任务艰巨。通常采用的热风干燥设备不仅耗能高,而且很难干燥彻底,一旦时间拖长就会使物料发黄,而且如果干燥后不立即使用,会迅速吸收周围环境中的水分,30分钟内其吸水量就能达到500ppm(0.05%),平衡吸水率可达0.4%,这种含水率的PET物料是不能直接进行熔融加工的。水在PET物料中的存在形式分为吸附水和缔和水,前者在120℃下可以除去,而缔和水要140℃以上才能除去。

图1和图2分别是PET片材目前附带有预结晶—干燥系统的熔融挤出生产线示意图和预结晶干燥系统照片。

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理想的干燥过程和融熔挤出过程最好是同一台设备,即在不造成PET瓶片性能发生变化的情况下实现干燥的同时又能熔融。目前国外已有多种机型设备可以完成此项任务,国内也有企业进行了探索和研制。

1)德国莱芬豪森公司的拥有三个排气口的单螺杆挤出机,要求PET瓶片进入该机前的含水量<0.1%。

2)双螺杆排气挤出机,如日本制钢所的异向非啮合式双螺杆挤出机、德国贝尔斯托夫和布拉本德公司的同向双螺杆挤出机等,要求PET瓶片初始含湿量在0.3%以下。国内南京越升挤出机械有限公司生产的同向双螺杆排气挤出机允许加入的PET瓶片初始水含量低于0.5%。

3)多螺杆挤出机,如行星螺杆挤出机、倒三角排列或一字型排列的螺杆挤出机、一字型排列的四螺杆挤出机、MRS双螺杆挤出机等。

德国格诺斯塑胶技术有限公司的MRS系统排气段螺杆表面积是普通双螺杆挤出机的3倍,熔体界面更新速率是普通双螺杆挤出机的2倍,在25mba的真空度下能加工初始水含量达1%的PET材料,得到熔融物料的特性粘数仅下降0.03dL/g。图3所示的即为MRS挤出机。

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4)最新型PET排气熔融用的PET P100型单螺杆挤出机由南京越升挤出机械有限公司研制成功,熔融挤出后制成的PET片材其特性粘度下降可控制在0.05dL/g以下,能耗较预结晶干燥路线节省40%以上,可达0.3kwh/kg,具有十分重大的推广意义。图4为越升PET P100型排气式单螺杆挤出机。

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结束语

PET瓶片的回收和再生利用是长期战略性的任务,在科学发展观指引下,我国的废弃塑料再生利用产业要在实现高值化利用的同时不对环境产生负面影响,把废弃塑料做为宝贵的资源看待,为全面、协调和可持续发展做出贡献!国务院文件指出“本世纪头20年,我国将处于工业化和城镇化加速发展阶段,面临的资源和环境形势十分严峻。必须……按照减量化、再利用、资源化的原则,采取各种有效措施,以尽可能少的资源消耗和尽可能小的环境代价,取得最大的经济产出和最少的废物排放,实现经济、环境和社会效益相统一,建设资源节约型和环境友好型社会。”我们要用创新的思维,创新的技术把包括PET瓶在内的废弃塑料利用好,用实际行动和令人信服的事实,打消社会各方面对废弃塑料加工行业的非理性指责,使废弃塑料这一宝贵的资源得以堂而皇之地再生并发挥应有的作用!(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (3/8/2013)
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